Исследовательская работа на тему «Обнаружение соединений йода в морской капусте» (НОУ)

АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДА НИЖНЕГО НОВГОРОДА

Департамент образования

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

"Школа № 137"

улица Героя Юрия Смирнова, дом 52А, город Нижний Новгород, 603083, тел/факс. 2-56-02-58, e-mail:schooln137@inbox.ru

Районная конференция научного общества учащихся «Автозаводец»

Экспериментальное обнаружение соединений йода в морской капусте

Подсекция: медицинская химия

Выполнила: Нерсесян Виктория, 9А класс

Руководитель: Крупина А.М.

Нижний Новгород

11 марта 2020 года

Содержание

Введение

Проблема правильного сбалансированного питания в настоящее время весьма актуальна. В меню каждого человека должны входить продукты, содержащие не только белки, жиры и углеводы, но и незаменимые аминокислоты, витамины, некоторые жирные кислоты, минералы и микроэлементы. Особенно это важно для растущего организма.

Наша семья придерживается здорового образа жизни. Мама регулярно нам с сестрой предлагает продукты с ее точки зрения очень полезные. Например, салат из морской капусты.

Фото 1. Салат из морской капусты

Как продукт питания, консервированная морская капуста не вызывает у меня симпатии. Мои одноклассники считают, зачем есть то, что не нравится и сомневаются в полезности данного продукта и необходимости его употребления.

Чтобы разобраться в данном вопросе я решила более детально изучить данный продукт.

В Китае и Японии, за способность быстро придавать силы ослабленному человеку ламинарию называют морским женьшенем. Главное достоинство ламинарии – высокое, а точнее, высочайшее содержание йода. Причём этот йод усваивается организмом практически полностью, что важно для нашего региона, где население испытывает хронический йодный дефицит из-за его незначительного количества в почве и воздухе. Этот «лёгкий» йод способствует нормализации функции щитовидной железы, способен помочь при нарушениях в работе центральной нервной системы, ослаблении умственных и физических возможностей.

Выделяют ряд признаков, указывающих на дефицит йода в организме человека:

1. Резкое увеличение веса при отсутствии потребления большого количества калорий

2. Упадок сил, вялость и сонливость

3. Чувство постоянной усталости, тревоги, беспокойства

4. Выпадение волос

5. Сухая, шелушащаяся кожа

6. Ощущение холода даже в теплом помещении

7. Замедленный пульс, боль в сердце, головокружения

8. Снижение внимания, ухудшение памяти и интеллекта.

10. Болезненные или нерегулярные месячные у женщин

11. Увеличение размеров щитовидной железы.

Исходя из перечисленных признаков дефицита йода, я составила тест и провела тестирование среди своих одноклассников – учеников 9а класса в количестве 27 человек.

Вопросы теста:

1.Испытываете ли вы чувство кома в горле?

2.Ваши родители страдали болезнями щитовидной железы?

3.За последнее время вы заметно поправились?

4.Вы похудели без диеты?

5.Не замечали вы, что стали сильнее и чаще потеть?

6.Бывает такое, что вы мерзнете, даже когда тепло?

7.Вами часто овладевает смутное беспокойство?

8.Появилась сонливость, медлительность, постоянная усталость?

9.Часто ли вас охватывает непонятная дрожь?

10. Участился ли ваш пульс в состоянии покоя?

11.Кожа стала более сухой?

Необходимо было на каждый вопрос теста дать ответ: да или нет. Затем подсчитать число положительных ответов.

Если реципиент на вопросы предложенного теста дал шесть и более ответов «да», то у него, с очень большой степенью вероятности, можно предположить йододефицит.

Затем среди провели йодную пробу.

На кожу руки ребятам нанесли три полоски йодом:

тонкую полупрозрачную (1-2 мм)

средней толщины (3 мм)

толстую (5-6 мм).

Через 8 часов проверили состояние полосок.

Фото 2. Йодная проба

У 12 человек исчезли все полоски. Это значит, что у них выражен дефицит йода. У 2 учеников осталась 1 полоска, вероятно, йода недостаточно. У 9 ребят осталось 3 полоски, у 4 – две полоски. Это значит, что в их организме достаточно йода.

В результате проведенной работы было выяснено, что более 50% моих одноклассников испытывают дефицит йода и восполнить его могут, употребляя в пищу продукты, богатые солями йода, в частности, морскую капусту.

Тема исследовательской работы: «Экспериментальное обнаружение соединений йода в морской капусте». Данная тема представляет для меня интерес не только на данный, текущий момент, но и вписывается в общую перспективу моего профессионального развития, связанного с медициной.

Цель работы: экспериментально подтвердить наличие соединений йода в морской капусте путем выделения его в молекулярном виде.

В ходе работы необходимо выполнить следующие задачи:

описать предмет исследования – ламинарию;

рассмотреть химический состав и полезные свойства водоросли;

изучить процесс выделения молекулярного йода из его соединений, подобрать доступные реактивы для проведения эксперимента;

осуществить эксперимент по выделению молекулярного йода, используя сушеную морскую капусту.

сделать выводы о проделанной работе.

Данная работа не предполагала открытия каких - то новых фактов, значимых для науки. Она заключалась в выявлении и экспериментальном подтверждении уже известного.

1.Обзор литературы

1.1. Самая известная водоросль в России – ламинария

Ламинария (морская капуста) - встречается всюду в морях северного полушария, в водах с высоким содержанием кислорода и углекислоты. Ламинария обильно произрастает в прохладных морях Дальнего Востока, в Белом, Баренцевом, Балтийском и Северном морях. Все виды ламинариевых водорослей растут обычно на каменистом или крупногалечном грунте, к которому крепятся с помощью корнеподобного разветвленного органа – ризоида, величиной с кулак.

Ламинария (lamina) в переводе с латыни – пластинка.Ламинария - морская водоросль, основная часть которой ремневидное пластинчатое слоевище (таллом) широколанцетовидной формы, длиной 2-6 м (иногда до 12 м), шириной 10-35 см, половину ширины пластины занимает срединная полоса, отграниченная продольными складками. Пластина внизу переходит в ствол-черешок длиной 3-70 см и заканчивается корневидными образованиями - ризоидами, которыми растение прикрепляется к каменистому грунту. Все растение пронизано слизистыми ходами и лакунами.Цвет слоевищ всех ламинарий от светло-оливкового до темно-оливкового, зеленовато-бурый, красно-бурый, иногда черно-зеленый. Цвет обусловлен бурым пигментом фукоксантином, маскирующим хлорофилл. Поверхность слоевищ покрыта белым налетом солей. Запах своеобразный. Вкус солоноватый.

Фото3. Ламинария японская

«Морская капуста» - растение многолетнее, ее «листва» сменяется ежегодно, размножается спорами. После образования спор ламинария погибает. Продолжительность жизни ламинарии от 2 до 4 лет в зависимости от климатических условий.

Почему ламинарию назвали морской капустой, достоверно неизвестно. Однако наиболее популярной версией в народе считается её «сходство» с нашинкованной белокочанной капустой, которую сварили или потушили.

На дальнем Востоке ее заросли тянутся вдоль всего Приморья полосой 30 – 60 м и более, прерываясь лишь в зонах опреснения и прогреваемых закрытых бухтах. Густота поселений «морской капусты» в Белом и Баренцевом морях колеблется в пределах от 3,5 до 17 кг на 1 м2.

В настоящее время в России только на Дальнем Востоке имеются хозяйства по выращиванию водорослей в промышленных масштабах.

Фото 4. Выращивание водорослей в промышленных масштабах

1.2. Химический состав и полезные свойства ламинарии

По составу разные виды ламинарии могут отличаться в зависимости от места произрастания, состава и температуры морской воды, подводной освещенности. Но в любом случае, в составе ламинарии будут присутствовать:

полисахариды (альгиновая кислота, ламинарин, маннит, фукоидин),

йодиды (2,7-3 %),

витамины (В₁, В₂, B₁₂, А, С, D, Е, каротиноиды),

соли калия, натрия, магния, бром, кобальт, железо, марганец, соединения серы и фосфора,

азотсодержащие вещества,

белки (5-10 %),

углеводы (13-21 %),

жиры (1-3 %).

основным веществом является полисахарид альгиновая кислота, содержание которой достигает 30 % от сухой массы водорослей.

Наиболее известным элементом, содержащимся в морской капусте, является йод. В 100 г сухой ламинарии содержится 160-180 мг йода, который находится в основном в виде органических соединений и из них примерно 10 % йода связано с белком. Йод участвует в сотнях процессов, происходящих в нашем организме. Фактически йод выполняет функцию «топлива» для щитовидной железы. А та в свою очередь формирует гормональный фон, от которого напрямую зависит наше настроение, иммунитет, способность утилизировать раковые клетки.

Альгиноваякислота(до 30 % от сухой массы водорослей) и ее соли - альгинаты – природные адсорбенты, способные связывать и выводить из организма радионуклиды, токсины, бактерии, ионы тяжелых металлов и излишки холестерина.

Белок ламинарии обладает высокой пищевой ценностью, содержит все необходимые для организма человека аминокислоты.

Полиненасыщенныежирные кислоты, необходимы для профилактики атеросклероза.

Высокомолекулярныеполисахариды, нормализующие обменные процессы, препятствующие образованию тромбов и регулирующие уровень холестерина в крови и водно-солевой баланс.Порошок морской капусты, содержащий полисахариды, набухает в желудочно-кишечном тракте, увеличивается в объеме и вызывает послабление.

Макро- и микроэлементы, чуть не в полном составе, извлеченные этой водорослью из морской воды, содержатся в легко доступной для организма органической форме.

Растительные волокна в растворимой форме, весьма необходимые для правильной деятельности желудочно-кишечного тракта.

Галоидная группа элементов (хлор, йод, бром) оказывает обеззараживающее действие.

В ламинарии содержится вещество маннит, которое придает ей уникальные свойства в борьбе с лишним весом. Вещество это действует как энтеросорбент.

Оно вытягивает из тела шлаки и яды, улучшая обменные процессы.

Жители юго-восточных стран утверждают, что регулярное использование морской капусты в пищу увеличивает продолжительность жизни человека, а врачеватели Востока советуют употреблять ее и больным, и здоровым людям.

1.3. Промышленный способ получения йода из морских водорослей

Йод, подобно другим ценным элементам, добывают в промышленных масштабах. Уровень мировой добычи йода приближается к уровню добычи серебра и ртути. Следует отметить, что в виде простого вещества йод практически не встречается, в основном его добывают из природных накопителей йода - морских водорослей.

В тонне высушенной морской капусты (ламинарии) содержится до 5 кг йода, в то время как в тонне морской воды его всего лишь 20-30 мг. Водоросли сжигали. Золу обрабатывали водой и упаривали. Хлориды и сульфаты, содержащиеся в золе, выпадают в осадок, а иодиды, как более растворимые,остаются в растворе. Йод получают обработкой маточного раствора хлором или оксидом марганца (IV) в кислой среде. До 60-х годов XIX столетия водоросли были единственным источником промышленного получения йода. В России первый йодный завод был построен в 1915 году в Екатеринославе (сейчас Днепропетровск). В настоящее время используют и другие источники получения йода (воды некоторых соленых озер или попутные (буровые) нефтяные воды, содержащих обычно 20-40 мг/л йода в виде йодидов).

Свободный йод – твердое вещество (d=4,9 г/см), в виде черных кристаллических пластинок с металлическим блеском. При нагревании он возгоняется, то есть переходит из твердого состояния в пар без предварительного плавления. Свойством йода возгоняться при нагревании пользуются для его очистки от нелетучих примесей. В воде йод растворяется мало (0,3 г в 1л). Гораздо лучше йод растворяется в органических растворителях. Его растворы в бензине, хлороформе – фиолетового цвета, так как содержат молекулы J₂ (подобно его парам). В растворителях, содержащих в своем составе кислород (спирт, эфир), растворы йода бурого цвета.

1.4. Выводы по 1 главе

Более 300 лет люди добывают и используют морскую капусту (ламинарию).

Морская капуста содержит полезные для организма минеральные вещества. В свежих водорослях имеются почти все витамины, а по количеству некоторых важных витаминов водоросли даже «обогнали» многие овощи и фрукты. Это богатейший источник йода, который необходим для нормальной работы нашей щитовидной железы. Если железа функционирует неправильно, то в организме нарушаются обменные процессы.

2.Материалы и методики исследования

2.1. Материалы

Объектом исследования является сушеная морская капуста, приобретенная в аптеке, салат из морской капусты, купленный в магазине «Евроспар». Реципиентами социологических и биохимических и исследований выступили обучающиеся 8А класса МБОУ «Школа № 137»

Фото 5. Аптечная упаковка ламинарии.

2.2. Методики исследования

Морская капуста накапливает йод в виде иодида калия. Для сравнения подготовиликонтрольные образцы: с целью получения молекулярного йода провели реакцию окисления раствора йодида калия перекисью водорода.

Фото 6. Раствор иодида калия Фото 7. Окисление иодида калия перекисью водорода

2KI+H₂O₂→ I₂+2KOH

Для подтверждения наличия йода осуществили качественную реакцию на йод - с крахмалом. Затем экстрагировали йод с помощью бензина. Бензин легче воды. После встряхивания смеси бензина с раствором, содержащим йод, весь йод перешел в верхний слой, где находился бензин, окрашивая его в фиолетовый цвет.

Фото 7. Качественные реакции на йод

Используя данную методику, можно обнаружить иодид калия в морской капусте.

3. Результаты и их обсуждение

3.1. Получение йода из отвара морской капусты

2 столовые ложки измельченной сухой ламинарии поместили в чашку для выпаривания, залили дистиллированной водой объемом 200 мл. Смесь кипятили в течение 30 минут. Отвар остудили, отжали и профильтровали.

Для эксперимента в пробирку налили 2 мл фильтрата, подкислили раствором серной кислоты (2 капли) и добавили 1мл перекиси водорода. Встряхнули. Наблюдали изменение интенсивности желтой окраски исследуемого раствора, выделение пузырьков газа. 2KI+H₂O₂+H₂SO₄→ I₂+K₂SO₄+2H₂O

Фото 8. Получение йода из отвара морской капусты

Содержимое пробирки разделили на 2 пробирки. В одну пробирку добавили 2-3 капли раствора крахмала, в другую (под вытяжкой) – 1мл бензина.

Результаты:в первой пробирке – посинение раствора крахмала. Во второй пробирке – слой бензина окрасился в фиолетовый цвет

Фото 9. Качественное определение йода (отвар морской капусты

Выводы:посинение раствора крахмала и изменение цвета бензина подтверждают наличие молекулярного йода, образовавшегося при окислении солей, содержащих йод. Выделение пузырьков газа в ходе реакции с перекисью водорода можно объяснить присутствием примесей в фильтрате, способствующих разложению перекиси с образованием кислорода. При поднесении тлеющей лучинки к пробирке, где протекала реакция, она ярко вспыхивала. Описанные опыты повторили неоднократно с целью определения оптимальных количеств веществ, условия проведения реакций.

3.2. Получение йода из золы ламинарии

Поместили в чашку для выпаривания 100 г толчёных листьев морской капусты и нагревали на плитке. Эксперимент проводили под тягой.

Фото 10. Прокаливание измельченной морской капусты

В чашке осталось обуглившееся вещество. Налили в стакан 70 мл воды, добавили получившееся вещество, размешали. Профильтровали полученную смесь, получили фильтрат бурого цвета, выпарили воду. На дне чашки – остаток коричневого цвета. Осторожно добавили немного раствора, приготовленного из нескольких кристалликов MnO₂, помещённых в 10% соляную кислоту.

Фото 11. Обработка золы морской капусты

Перелили содержимое чашки в стакан, нагрели, поместили сверху чашку с холодной водой.

Результаты:Через некоторое время стакан заполнили пары йода фиолетового цвета.

Фото 12. Получение йода из золы морской капусты

На следующий день на поверхности фарфоровой чашки обнаружили кристаллы серого цвета. При нанесении раствора крахмала появилось характерное синее окрашивание.

Фото 13. Качественное определение йода (зола морской капусты)

Вывод:при окислении солей, содержащих йод, получили молекулярный йод.

MnO₂+ 4HCl→ Cl₂+ MnCl₂+ 2H₂O

2KI+CI₂→ I₂+2KCI

3.3. Выводы по 2 главе

В результате проведенной нами экспериментальной работы подтвердили наличие соединений йода в морской капусте (ламинарии), описали методику выделения из нее молекулярного йода. Данная методика проста и наглядна, с использованием доступных реактивов. Достоинством эксперимента является его повторяемость, т.е. возможность проверки полученного результата.

Заключение

Значение ламинарии в жизни человека достаточно велико. Во – первых, эта водоросль активно употребляется в пищу. Морская капуста - один из основных продуктов японской, китайской и корейской кухни. У нас же морская капуста продается преимущественно в виде консервированного салата либо сушеная порошкообразная. И в том и в другом виде морская капуста хорошо сохраняет свои пищевые и целебные свойства и может использоваться для приготовления салатов, горячих блюд, гарнира и т.д. Рецепты салатов вы можете посмотреть в приложении.

Необходимо напомнить, что по данным Всемирной организации здравоохранения большинство жителей нашей страны страдают дефицитом йода. А как видно из результатов исследования, ламинария содержат сбалансированный и легкодоступный для организма необходимый макро- и микроэлементный состав, компенсирующий любую минеральную недостаточность.

Профилактическая и лечебная доза морской капусты невелика: достаточно съедать по две чайных ложки сухой водоросли. Сухую морскую капусту можно добавлять в суп, в овощное пюре, в салаты.

Во – вторых, бурые водоросли содержащие большое количество йода и других микроэлементов, идут на приготовление кормовой муки, используемой как добавка в корм сельскохозяйственным животным. Благодаря этому сокращается падеж скота, повышается его продуктивность, в ряде сельскохозяйственных продуктов (яйца, молоко) увеличивается содержание йода, что имеет важное значение для районов, где население страдает от его недостатка.

В – третьих, ламинария используется в медицине. Для использования в медицинской практике используются лекарственные формы, произведенные из слоевищ водорослей – ламинария сушеная, палочки ламинарии, таблетки, экстракт. Их можно купить в любой аптеке. Лечебные свойства морской капусты обусловлены в основном содержанием в ней большого количества соединений йода - микроэлемента, входящего в состав гормона щитовидной железы. Именно поэтому порошок сушеной морской капусты часто применяют как вспомогательный препарат при гипертиреозе и легких формах базедовой болезни, а также для профилактики эндемического зоба. Кроме того, ламинария эффективна при заболеваниях желудочно-кишечного тракта - атоническом запоре, хронических и острых энтероколитах, проктитах.

Употребляя регулярно в пищу морскую капусту, вы обеспечите свой организм необходимыми ему полезными витаминами и минералами. Морская капуста – еще одна ступенька к здоровому образу жизни.

Значимость этой работы как для меня, так и для тех, кто захочет познакомиться с ней, заключается в том, что она содержит интересную информацию, дает возможность в очередной раз перенести теоретические знания на практику, закрепить их в ходе проведения химического эксперимента.

Эту работу можно продолжить с целью экспериментального установления качественного состава морских водорослей.

Список литературы

Кукушкин Ю. Н. Химические элементы в организме человека. Санкт – Петербургский государственный технологический институт. Соросовский Образовательный журнал №5,1998г с 55.

Полная энциклопедия народной медицины Т1. ''АНС'', 1996 г под ред. Непокойчицкого Г. А.

Химия. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. И.Л. Кнунянц. – 2-е изд.- Х46 Большая Российская энциклопедия, 1998.- 792 с

http://poleznye-svojstva.ru/laminarija-poleznye-svojstva-i-protivopokazanija/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Ламинария

http://agronomwiki.ru/chto-takoe-laminariya-kak-ee-primenyayut-svojstva-laminarii.html

http://www.floraprice.ru/articles/apteka/laminariya-dar-morya-kotoryy-lechit-i-ukreplyaet-zdorove.html

http://lifebio.wiki/ламинария

Приложение

Рецепты салатов с морской капустой

Ингредиенты:

Капуста морская – 300 грамм.

Яйцо отборное – 4 единицы.

Кукуруза сахарная – банка.

Мясо крабовое – упаковка.

Лук белый – головка.

Соус майонезный.

Выход блюда на 5 персон.

Процесс приготовления:

1.Подготовить необходимые продукты на разделочной поверхности.

2.Лук белый очистить от кожуры, порезать на небольшие квадратики.

3. Морскую капусту аккуратно разрезать на полоски длиной 3-4 сантиметра.

4. Яйца отварить, остудить, почистить, порубить.

5.Крабовые палочки нарежем мелким кубиком.

6.Соединить все подготовленные продукты и заправить майонезным соусом.

Салат из морской капусты и кальмаров

Ингредиенты:

Морская капуста – 100 грамм.

Кальмар – пара штук.

Яйцо отборное – 2 единицы.

Лук зелёный.

Масло растительное.

Укроп.

Соль.

Выход блюда на 2 персоны.

Процесс приготовления:

1. Кальмары промыть. Проварить в подсоленном кипятке около 3-х минут. Вытащить. Очистить от внутренностей и кожицы.

2. Нарезать тушки тонкой соломкой.

3. Яйца проварить, остудить, очистить, порезать кубиками.

4. Капусте морской дать стечь. Порезать на полосы длиной 2-4 сантиметра.

5. Зелёный лук и укроп мелко порубить.

6. Выложить все продукты в салатницу. Добавить соль, полить растительным маслом и перемешать.

7. Дать немного постоять и посыпать сверху зелёным луком и укропом.

8. При желании в салат из морской капусты всегда можно добавить и майонезный соус.

Приятного аппетита и крепкого здоровья!

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/435630-issledovatelskaja-rabota-na-temu-obnaruzhenie