SZERVEZŐ INTÉZMÉNYEK Pécsi Tudományegyetem Természettudományi Kar Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma
4. KÉMIKUS DIÁKSZIMPÓZIUM
Pollack Mihály Műszaki Szakközépiskola Szervezőbizottság
ELŐADÁSKÖTET
Dr. Kilár Ferenc (elnök), Dr. Kollár László, Dr. Nagy Géza, Bacskay Ivett, Bodó Jánosné, Göbl László, Dr. Erdősi Ferencné, Huczekné Merk Ildikó, Kiss Ibolya, Páger Csilla, Szabóné Golob Georgina
SZERKESZTETTE:
A Szimpózium főtámogatója
CSÓKA BALÁZS, KILÁR FERENC, KISS IBOLYA
PannonPower Holding Rt. A Szimpózium támogatói − − − − − − − − − − − − − − −
Pécs, 2005. április 1-3.
Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar PTE TTK, Kémia Intézet, Analitikai Kémia Tanszék PTE Marketing Igazgatóság Csertex Kft. Pécs Megyei Jogú Város Önkormányzata Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma MIZO Rt. Kutató Diákokért Alapítvány RK Tech. Kft. Spektrum 3D Kft. Szkarabeusz Kft. Pécs-Baranyai Tudományos Ismeretterjesztő Társulat BIOKOM Környezetgazdálkodási Kft. I.P.S Kft. Pécsi Vízmű Rt. Kiadja a PTE TTK Analitikai és Környezeti Kémia Tanszék Felelős szerkesztő: Dr. Kilár Ferenc, egyetemi tanár ISBN 978-963-642-466-4 Tördelőszerkesztő: Babarciné Stettner Lenke Nyomtatta a PTE ÁOK Nyomdája Vezető: Ollmann Ágnes
3
4 TARTALOMJEGYZÉK BIOKÉMIA ÉS KÖRNYEZETI KÉMIA SZEKCIÓ
ÁLTALÁNOS KÉMIA, ANALITIKAI KÉMIA ÉS KÖRNYEZETI KÉMIA SZEKCIÓ Köllő Renáta, Bicsak Zsuzsanna - Gyergyóalfalu kútvizeinek vizsgálata ...................... 5 Kertész Karola, Ördög Csilla, Simó Imre - A vizes élőhelyek vizsgálata a NagyKüküllő mentén: savasság és kétéltű fauna szempontjából ........................................... 17 Kedvek Veronika, Schaum Zsófia – „A kemény víz-kő” nyomában ............................ 15 Kiss Bernadett: Ivó- és ásványvíz .................................................................................. 43 Borsos Lehel, Incze Róbert: A csíki és gyergyói medence borvízforrásainak összehasonlítása ............................................................................................................. 53 Józsa Szabolcs: Hulladékgazdálkodás ........................................................................... 64 Kovács Zsuzsa: Talajszennyezés ................................................................................... 71 Kulcsár Péter István: Ha földbe harapsz, fűbe harapsz? - avagy mennyire szennyezett a talaj Baranyában ....................................................................................... 83 Darvas Róbert: Csíkszereda város szennyező hatása az Olt folyóra. Szervesanyag tartalmú szennyeződés ............................................................................ 88 Szávuly Blanka: A közlekedés levegőszennyező hatása ............................................... 97 Karsai Gergely: A mi periódusos rendszerünk .............................................................. 99
Tarjányi Zoltán, Vass Csaba: Levélhullás az orvostudományban, avagy az apoptózis jelensége ...................................................................................................... 141 Szigeti László: Trombózis kialakulásának esélyét fokozó pontmutációk kimutatása .................................................................................................................... 153 Moldovan Andrea: Hogyan hat a Coca-Cola az élő szervezetekre?............................. 157 Nagy Botond, Nagy Beáta: A liszt minőségének hatása a házikenyérre ...................... 166 Mede Zsuzsa, Kiss Bernadett
A csalán ................................................................... 177
Kovács Adrienne : A cukorbetegség (kémiai szemmel) .............................................. 181 Portik
Tünde,
László
Kinga:
Korreláció
vizsgálat
a
gyergyóalfalvi
szarvasmarhák takarmányozása és a tej összetétele között........................................... 187 Kern György, Nagy Márton Géza: Toxinok, mint biológiai harcanyagok ................... 199 Szujó Szabina, Scheich Bálint: Korunk rémei ............................................................ 205 Boros Klára, Hangyál Eszter: Gyógynövények kémiája ............................................ 216 Hosszú Nóra, Tóth Csenge, Lacza Nikoletta: Természetes színezékek ....................... 222 Muráth Gerő, Sárdi Tamás: A természet sötét oldala, avagy "vegyi fegyverkezés" egy kicsit másképpen ............................................................................ 223 Kira Erika: Üvegházban élünk? .................................................................................. 224
ÁLTALÁNOS KÉMIA ÉS ALKALMAZOTT KÉMIA SZEKCIÓ Laza György Károly, Gyöngyösi Balázs: Pirotechnikai érdekességek ........................ 101 Kósa Zsófia, Somogyi Márton: Sokat érő gyanták: tömjén és mirha .......................... 108 Scheich Bálint: "A kilenc hónapos kőszén"................................................................. 113
Mutatók Névmutató..................................................................................................................... 226 Felkészítő tanárok ........................................................................................................ 227
Szabó Előd Levente: Entrópiakompenzáció szerepe a kalixarének és semleges molekulák 'gazda-vendég' kölcsönhatásban ................................................................. 116 Batik Dávid, Csankó Krisztián: Fotók színezése ......................................................... 124 Vrászlai Dalma, Udvari Vivien: Az illatos szappan kémiája ...................................... 128 Markovics Márk, Kollár Dénes: Víz, víz, tiszta víz? Pécs víznyerő területei ............ 131 Majdán Miklós: Vegyi hadviselés tegnap és ma.......................................................... 135 Kárpáti Csenge, Várgedő Zsuzsanna: Játék a tűzzel – tűzijáték ................................. 137 Brauswetter Diána: Enantiomerek szétválasztása (Aszimmetrikus szintézis) ............. 138 Zábori Balázs: Kvantumkémia .................................................................................... 139
Iskolák........................................................................................................................... 228
5
Általános, Szervetlen és Analitikai Kémiai Szekció GYERGYÓALFALU KÚTVIZEINEK VIZSGÁLATA Köllõ Renáta, László Kinga Sövér Elek Szakközépiskola, Gyergyóalfalu Felkészítõ tanár: Kiss Arnold, Kiss Lóránd A DOLGOZAT CÉLJA A Gyergyó-i medence falvaiban csak az elmúlt években sikerült a vízhálózat kialakulását megvalósítani. Bizonyos normáknak megfelelôen, a munkálatok befejezését követôen, csak öt év után vehetô használatba az ivóvíz. Addig is, mint évszázadok során, a lakosság többsége nagy intenzitással használja a falvak kútvizeit. Az állam által biztosított feltételeken túl mindennapi (közéleti) követelmények, fogyasztói igények kell, hogy fellépjenek. Szerintünk szükséges megállapítani, hogy valóban alkalmas-e fogyasztásra a használt víz, illetve, hogyan lehetne javítani minôségén (ha szükséges). Tanulmányunkban elemzés alá helyeztük néhány család kútvizét. Összetétel vizsgálat során minôségi szempontból próbáltunk következtetéseket fogalmazni. A vízben található ionok kimutatása lehetôségeket biztosít, hogy a talajban levô ásványi sók milyenségét meghatározhassuk. Továbbá, a kútvíz potabilításának megállapítása összehasonlítva a standard megengedett értékekkel. Próbáltunk adatainkból fényt deríteni Gyergyóalfalu kútvizeinek milyenségére. Ha a szervezetre tekintve káros komponenseket tartalmaz, azok mibôl adódtak, vagy adódnak. Illetve feltárni, hogy van-e korreláció a rákos megbetegedések száma és a használt víz összetétele között. Analizáltuk azt a helyzetet, hogy a szennyvízhálózat hiánya mennyire befolyásol-
6 ja a szennyezôdés tartalmának növekedését. A szennyezôdéseket milyen javaslattal és tevékeny módszerekkel lehetne megszüntetni.
A VÍZ SZÜLETÉSE Mielôtt beleugranánk a „kútvízbe”, talán érdemes lehet pár dolgot megemlíteni e fontos lételem múltjából. Ha az ember meg szeretné ismerni a vizet, legjobb talán, ha a múltjával kezdi, hogy megérthesse, hogyan lett olyan, amilyen a mai állapotában. A Föld körülbelül 4 600 000 000 évvel ezelôtt alakult ki, az élet keletkezése pedig 3 500 000 000 évvel ezelôttre tehetô. Arról, hogy milyen lehetett a Föld az élet megjelenése elôtt, nem sokat tudunk. A szakemberek szerint bolygónk forró volt és vulkánokkal teli. Erôs volt a nap- és kozmikus sugárzás. A Föld anyagai közt mindig is sok víz volt. A nagy belsô nyomás miatt a vulkánokon és kôzetrepedéseken keresztül vízgôz és gázok préselôdtek ki a Föld belsejébôl. A vulkánkitörések gôze vastag felhôzetet alkotott, amely beburkolta bolygónkat. Késôbb, ahogy a Földdel együtt a felhôk is lehûltek, a víz záporozni kezdett a felszínre. Sok százmillió évnek kellett eltelnie addig, míg a hulló esô meg tudott maradni a felszínen. Az esôvíz óceánok formájában gyûlt össze. Számtalan egyszerû vegyület sodródott szerte a fokozatosan kialakult ôsóceánokban. Néha összekapcsolódtak, együttesen alkotva bonyolultabb vegyületeket. A tudósok szerint ez volt az a pillanat, amikor az élet megjelent. Kísérleti körülmények között modellezték az ôstengereket, s amikor elektromos szikrákat juttattak a keverékbe (így utánozva a hajdani tengerekbe csapódó villámokat), egyszerû szerves vegyületek alakultak ki. Így kezdôdött az élet, melybôl késôbb mi, emberek is születhettünk.
A VÍZ SZEREPE AZ EMBERISÉG ÉLETÉBEN Azért tartottam fontosnak, hogy szó essen errôl a kérdésrôl is, mert úgy gondolom, igazán csak akkor érzékelhetjük a víz jelentôségét, ha tudatosítjuk mindazt az értéket, amit a víz képvisel életünkben. Az alábbiakban jórészt nem ismeretlen vagy kevésbé ismert tényekrôl lesz szó, hanem csupa olyan dologról, amikrôl tudhat bárki, de talán nem tulajdonítunk neki elég figyelmet, jelentôséget.
A víz és az ember története Az emberiség történetének alapvetô jellemzôje, hogy egymás nélkül nem lehet meg a víz és az ember. Az elsô „írásos” bizonyítékoknak talán azokat a barlangrajzokat tekinthetjük, amelyeken már megjelenik az ember, aki rászorul a víz használatára.
7 A történelmi kor kezdetén a nomád, vándorló ôsember fokozatosan áttért a földmûvelésre és az állattenyésztésre. Erre elôször valószínûleg a Közel-Keleten található „termékeny félhold” területén került sor, i.e. 9 000 körül. E vidéket a Földközi-tenger, a Nílus, a Vörös-tenger, a Perzsa-öböl, a Tigris és az Eufrátesz övezi. Az összefüggés nyilvánvaló. Európában minden nagy folyó partján kialakult valamilyen nagy kultúra, de a világ egész területén folyók közelében alakultak az elsô civilizációk. Ez talán rádöbbenthet minket, hogy milyen fontos, hogy egymással szimbiózisban éljünk, mi emberek és a víz. Az ókor bölcsei a négy ôselem egyikeként tisztelték a vizet. Jelentôs kultusz és ünnepkör szervezôdött köré már az emberi civilizáció korai szakaszában is. Megjelentek a víz és az ember kapcsolatának elsô kézzel fogható nyomai, például a római korban épült vízvezetékek, szennyvízcsatornák és fürdôk. Megindult az élet a tengereken is. Hajók épültek, s ha az ember megpróbálta uralma alá hajtani a víz egy részét is, elôbbutóbb az élet mellett a halál is megjelent. Az ókoriak tudták ezt, és tisztelték a tenger (Poszeidón, Neptunus) hatalmát. Ez a tisztelet, a víz tisztelete végigkíséri az emberiség történelmét. A víz mindig meghatározó volt az emberiség életében, kultúrák felvirágzását segítette, életet teremtett, s pusztított el. Az egymást követô korok más-más fejlettségi és technikai szinten igazolták és igazolják, hogy a víz milyen fontos számunkra. Ugorva kicsit a történelemben, a középkori Európában már megjelentek a vízgazdálkodás elsô jelei, bár a rendszertelenség elég sok problémát okozott. Egészen a XVIXVII. századig kellett várni a felfedezésre, hogy a folyókat nem lehet szakaszokra bontva kezelni. Erre egy tipikus példa, amikor a gazda elzárja a folyót, hogy mûködtesse a malmát, de ezzel mocsárosodást okoz, s gátolja a mezôgazdasági termelést. Ebben az idôszakban kezdôdtek Magyarországon is a folyók életébe történô beavatkozások.
Az ivóvíz jövôje Végezetül néhány szót ejtenék a jövô vízgazdálkodásáról: az emberiség létszáma az utóbbi években hihetetlen gyorsasággal megnôtt, évi + 1,9 %-kal. Tudósok számítása szerint amennyiben ez a tendencia folytatódik, 2600-ra (ami az emberiség történetében nem túl nagy idô) annyian lennének, hogy ha mindannyian szorosan egymás mellé állnának, teljesen ellepnék a szárazföldeket. Ennyi ember vízigényének kielégítése számunkra elképzelhetetlen. Tekintve, hogy a Föld jelenlegi vízkészletének csak 3 %-a édesvíz, ennek is 75 %-a hó és jég formájában található meg, szinte lehetetlen. De a tudósok már próbálkoznak új megoldások kitervelésével. Ezek egyikét az arab országokban már ki is próbálták: a Föld vízkészletének 97 %-át kitevô tengervízbôl el-
8 távolították a sót, s így nyertek ivóvizet. Egy másik, talán nehezebben elfogadható ötlet pedig azt javasolja, hogy a sarki jéghegyeket vontassák a nélkülözô helyekre, s ott olvasszák fel azokat. Jelenleg azonban általában felszíni vizekbôl meg tudják oldani a lakosság ivóvízellátását.
A FELSZÍN ALATTI VIZEK SZENNYEZÉSE A szennyezés terjedése és az öntisztulás vonatkozásában lényeges különbségek tapasztalhatók a felszín és a felszín alatti vizek között. A felszín alatti vizek szennyezése tartósabb, mint a felszín felettieké, idôtartama évtizedekre, esetleg évszázadokra tehetô.
A felszín alatti vizek szennyezô forrásai A felszín alatti vizek esetében természetes illetve mesterséges (antropogén) forrásokból származhat a szennyezô anyag. A természetes eredetû szennyezô anyagok kémiai és fizikai folyamatok eredményeként az atmoszférából, bioszférából és a litoszférából kerülnek a felszín alatti vizekbe, mindenek elôtt a talajvízbe. Így például a talajvíz sótartalma a talaj illetve a közeli kôzetek vízoldható sóiból származik. A szennyezés természetes forrásaiból a vízadó rétegbe kívülrôl bekerülô anyagok jelentôs mértékben befolyásolják a felszín alatti vizek minôségét. Ezek közé sorolhatók a vízadó rétegek közötti vízcserék. Községünkben az emberi tevékenységbôl származó szennyezés forrásai a következôk lehetnek: a szilárd hulladéklerakók a szennyvíz tározók a mezôgazdaság mélyen elföldelt toxikus hulladékok. Mondhatni, hogy az elôbb felsorolt források az emberi meggondolatlanság – „civilizáció hatása” – következményei. A hulladéklerakó az emberi tevékenységek közül az egyik legjelentôsebb, a talajvíz minôséget befolyásoló tényezôk közül. A háztartási hulladékok szennyezô anyagai az egyszerû szervetlen ionok (nitrát, klorid), a nehézfémek (pl. króm) illetve szintetikus szerves vegyületek (pl. tetraklorid), stb. lehetnek. A talajvíz szennyezés másik fô forrásai a szennyvíztározók. A szennyvizet a földfelszínre vagy felszín alá helyezik el, különbözô módokkal, hogy lehetnek szeptikus tavak, dréncsövek, stb., amelyekbôl a talajba szivárog, és talajvíz szennyezés jelentôs
9 forrásává válik. Fejlett országokban a kommunális szennyvizet I. és II. fokú szennyvíz tisztításnak vetik alá, és ez csökkenti a felszíni vizek szennyezését, de nagy mennyiségû szennyvíziszap képzôdik, mely jelentôs mennyiségû potenciális szennyezô. A talajvíz minôségét befolyásoló emberi tevékenységek közül valószínûleg a mezôgazdaság a legjelentôsebb. A talajvíz minôségének leromlását okozó fôbb mezôgazdasági tevékenységek a mûtrágyák, illetve peszticidek alkalmazása, és az alom nélküli állattartásból összegyûlô hígtrágya tározása. Tekintettel arra, hogy a mûtrágya alkalmazására évrôl-évre sor kerül, bekövetkezhet, hogy ezek N, P, K tartalmának egy része a talajba szivárgó vizekkel a talajvízbe mosódik, és a mozgó talajvízzel tovább szivárog. A három fô hatóanyag (N, P, K) közül a nitrogén, nitrát formájában a legáltalánosabb szennyezô. A talajvíz nagy nitrát koncentrációja alakult ki a világ azon részein, ahol extenzív gazdálkodás folyik. Így nagyon sok területen a talajvíz kutak vízének nitrát-koncentrációja meghaladta az ivóvízben megengedett határértéket. Ugyancsak potenciális szennyezô forrás a peszticidek alkalmazása területén bekövetkezett fejlôdés. Ezek egy jelentôs része vízben jól oldódik, és ebbôl következik, hogy a különbözô geológiai alakzatokban jól és gyorsan mozognak, és ennek következménye, hogy a vízadó rétegek szennyezôdhetnek. A veszélyes hulladékok nagyobb mélységben történô elhelyezésének számos elônye van a felszíni, illetve a felszín alatti elhelyezéssel szemben. A legfontosabb elôny, hogy a szennyezô anyagok migrációja a felszínre korlátozott, vagy lehetetlen, és így elegendô idô áll rendelkezésre az instabil vegyületek lebontásához, a radionukleidek bomlásához, illetve a toxikus anyagok hígulásához.
A szennyezôk típusai A természetes felszín alatti vizek számos összetevôt tartalmaznak a környezettel való kölcsönhatás következtében. A víz minôsége a különbözô vegyületek mennyiségétôl függ. Ezek mennyiségét a felszíni vizekhez hasonlóan koncentrációban (mg l) adják meg. A kationok közül a Ca2+, Mg2+, Na+, az anionok közül a HCO3-, SO4-2, és a Clfordulnak többnyire elô. Általában kisebb koncentrációban fordulnak elô a K+, Fe2+, Fe3+, F-, B-, NO3- és CO3-2. Ezeken kívül nyomokban még más elemek is elôfordulhatnak, de 0,1 mg l-nél kisebb koncentrációban. A fôbb szennyezô anyagok a talajvízben a nitrát, a nehézfémek és néhány nyomokban levô nem fémes és szerves vegyület.
10 A nitrát fô forrása a mezôgazdasági tevékenység keretében végzett gondatlan mûveletek illetve a szennyvíztározók. A nitrát nem kívánatos jelenléte világszerte súlyos gondot jelent a nagyobb vízbázisok esetében. Bár a nitrogén fô formája a talajvízben a nitrát, de az oldott nitrogénvegyületek közül az ammóniumion (NH4+), az ammónia (NH3), nitrit (NO2-) nitrogén oxid (N2O) és szerves nitrogén formájában is elôfordulhat. A nitrát a felszínen, a feltalajban és a sekély altalajban elhelyezett nitrogénben gazdag hulladékokból illetve szennyvízbôl is származhat. Az átalakulási folyamat rendszerint a talajvíz fölötti talajzónában játszódik le, ahol szervesanyag és oxigén bôségesen van jelen. Az átalakulást követôen a nitrát az a forma, amely a talajvizet szennyezi. Ennek oka, hogy koncentrációt nem korlátozza az oldhatóság és a nitrát igen mozgékony a talajvízben. Ezért általában a talajvízzel mozog, átalakulás nélkül, és minimális vagy nincs késleltetés. Az utóbbi években a toxikus nehézfém-ionok talajvízben való mozgása került az érdeklôdés középpontjába, különösen, amelyek maximális megengedett mennyisége az ivóvízszabványokban is szerepel. Így az Ag+, Cd2+, Cr6+, Cu2+, Hg2+, Mn2+ és Zn2+. Ezek koncentrációja a talajvízben ritkán haladja meg a megengedhetô határértéket. A koncentráció a forrástól és a kémiai környezettôl függ. A szennyezett talajvízben ezek koncentrációja általában 1 mg l alatt van. Az alacsony koncentráció oka az ásványok és amorf vegyületek oldhatósága és az anyagásványokon vagy a vas illetve mangán-hidroxidokon, illetve szerves anyagokon történô adszorpció. Így a nehézfémek koncentrációját az oldhatóság és az adszorpciós folyamatok befolyásolják. A nem fémes szennyezôk közül egynéhányra különös figyelmet fordítanak a talajvíz vizsgálatokban. Ilyenek a szén, a klór, kén, nitrogén, fluor, arzén, szelén, foszfor és a bór. Oldott formában a szelén, a klór és a kén a legtöbbször természetes és szennyezett talajvízben jelentôs mennyiségben fordul elô. Valamennyi talajvíz tartalmaz természetes eredetû, oldott szervesanyagot. Ezek a vegyületek általában a humin- illetve fulvó savak, amelyek a víz minôsége szempontjából nem jelentôsek. Az emberi tevékenységbôl származó szerves vegyületek nagy gondot okoznak. A szerves vegyületek változatossága igen jelentôs. A mesterséges szerves anyagok száma megközelíti a 2 milliót. A gond, hogy ezek jelentôs része ellenáll a biológiai lebontásnak. Több mint 1200 szintetikus vegyületet határoznak meg az ivóvízellátás keretében.
11 A szerves vegyületek a peszticidek használatából, a szennyvíztározókból, a kôolajszármazékok tárolásából-szállításából származhatnak.
A szennyezô anyagok terjedése a talajvízben A szennyezô anyagok talajvízben való terjedését számos törvény illetve jelenség befolyásolja. Ezek a következôk: a talajvíz szivárgásának Darcy törvénye az advekció a diszperzió az adszorpció a degradáció az elegyítetlen mozgás. A talajba leszivárgó szennyezô anyagok – amint elérik a talajvizet – mozgását, terjedését, terjedésük sebességét a talajvíz szivárgásának Darcy törvénye befolyásolja. A talajvízben lévô szennyezô anyagok viselkedése a talajvízben ezek fizikai és kémiai tulajdonságaitól és terjedésüket befolyásoló folyamatoktól függ.
A vízszennyezés hatása A vízszennyezés hatására a felszíni és felszín alatti vizek minôsége oly módon változik meg, hogy a víz alkalmassága emberi használatra és a benne zajló természetes életfolyamatok biztosítására csökken vagy megszûnik.
ALKALMAZÁS Kutatási munkánkat a 2002-es évben kezdtük. Jelentôs szerepet töltött be a helyi orvosi rendelô munkatársaival kialakult kapcsolatunk, ahonnan a családorvosok adatbázisából válogathattuk ki azokat a kutakat, melyek vizét terhes anyukák és a csecsemôk fogyasztják. Így összesen 52 kútnak a vizét sikerült elemzés alá helyeznünk. Analíziseink gyakorlati oldalához az IRS STANDARD ROMAN, illetve a STANDARD DE STAT forrásanyagok nyújtottak hátteret. Az IRS STANDARD ROMAN Szerves anyag SR4450 1997.07.28/478-as közlönye NO2NO3közzé teszi a 3.3-as cikkelyben a fo- KMnO4-ban m. mg/l mg/l gyasztásra alkalmas ivóvíz összetétemg/l lének határértékeit. Ez alapján a meg10 0,02 50 engedett fogyasztói értékeket tartal1. táblázat mazza az 1. táblázat.
12
13
Az alábbi táblázatokban tüntettük fel a mérési eredményeket évekre lebontva. Kiemeltük azon értékeket, melyek a megengedett fogyasztói határ fölé estek (az 1. táblázat alapján)
Kútvíz
NH4-
NO2-
NO3-
Sz.a.
Cl-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,12 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,00 0,00 0,16 0,00 0,06 0,11 0,13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,16 0,20 0,00 0,12 0,00 0,18 0,00 0,21 0,25 0,00 0,00
200,00 400,00 450,00 10,00 150,00 350,00 250,00 400,00 200,00 150,00 200,00 250,00 300,00 250,00 250,00 200,00 150,00 300,00 250,00 120,00 50,00 25,00 90,00 80,00
7,58 5,68 30,65 20,85 6,00 8,21 9,48 11,17 21,48 7,28 8,53 11,69 15,80 11,06 16,40 6,79 19,27 9,79 8,21 50,54 9,48 11,06 8,21 6,95
156,20 184,60 120,70 184,60 113,60 49,70 56,80 170,40 305,30 131,80 170,30 156,10 184,60 184,60 213,00 142,00 85,20 191,70 71,00 184,60 21,30 49,70 78,10 127,80
2. táblázat
Nitrát mennyiség mg/l
2002-es évi eredmények értékei mg/l-ben kifejezve
A nitrát ionok mennyisége mg/l 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
Kútvíz Kútviz 1. diagram
2003-as évi mérési erdemények értékei mg/l-ben kifejezve Kútvíz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
NH40,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
NO21,10 0,13 0,15 0,00 0,00 0,00 0,12 0,32 0,00 0,00 0,08 0,11 0,11 0,00 0,08 0,05 3. táblázat
NO3200,00 250,00 150,00 70,00 60,00 100,00 70,00 80,00 120,00 300,00 70,00 120,00 68,00 58,00 150,00 115,00
Sz.a. 21,57 30,65 8,21 6,00 15,16 7,26 7,20 6,63 9,16 37,60 30,02 18,96 4,95 7,11 6,32 11,06
Cl198,80 106,50 170,00 170,00 99,40 28,40 71,00 99,40 156,20 142,00 42,60 113,60 106,50 85,20 78,10 56,80
21
23
14
15 A 2004-es évi eredmények nitrát mérései (mg/l)
350.00
Nitrát mennyiség mg/l
Nitrát mennyiség (mg/)l
A nitrát mennyiség mg/l 2003-ban
300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16
250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 1
2
Kútvíz Kútvíz
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Kútvíz Kútvíz
2. diagram
3. diagram
2004-es év méréseinek eredményei mg/l-ben kifejezve Kútvíz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
NH40,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
NO20,15 0,00 0,00 0,00 0,21 0,00 0,18 0,00 0,00 0,42 0,00 0,00 4. táblázat
NO3110,00 3,00 200,00 220,00 75,00 110,00 90,00 81,00 121,00 142,00 140,00 79,00
Sz.a. 10,11 5,05 10,74 11,06 4,74 6,63 4,10 4,74 12,32 31,60 23,60 12,95
Cl149,10 14,20 113,60 127,80 28,40 163,30 21,30 106,50 198,80 241,40 433,10 21,30
Összehasonlítva a STAS-értékeket az általunk végzett borvíz analízis eredményeivel megfigyelhetjük, hogy a legtöbb kút vizének szerves anyag, illetve NO3- ion mennyiségi értékei magasabbak a megengedettnél.
A RÁK ÉS A METHEMOGLOBIN A egészséges sejtek rákos sejtté történô átalakulása a sejtek öröklött információkat hordozó anyagában, a DNS-ben történô változás következménye. Az öröklött információk változást szenvedhetnek kémiai anyagokkal való kontakt során is. Bebizonyosodott, hogy a rák keletkezéséhez több tényezô együttes fennállása szükséges. Tény az is, hogy a káros környezeti hatások és a helytelen táplálkozás a rákos megbetegedések közel 90 %-áért felelôsek. Mivel a káros hatásokra az emberek nem egyformán reagálnak, ezért általában nem károsító tényezôkrôl, hanem inkább rizikófaktorról kell beszélnünk. Rizikófaktor az ivóvizek és a táplálék nitrát- és nitrit szennyezettsége. A nitrát (NO3-) hatásai a. elsôdleges: irritálja a belek nyálkahártyáját. b. másodlagos: belôle nitrit (NO2-) keletkezik, amely az alábbiak szerint reagálhat:
16
17 1.
2.
4 HbFe2+ O2 + 4NO2- + 2H2O Hemoglobin R2NH + HNO2 H+(pH=4) Amin vagy amid
4 HbFe3+ OH + 4NO3- + O2 Methemoglobin H2O + R2N–NO Nitrózamin
A VIZES ÉLÔHELYEK VIZSGÁLATA A NAGY-KÜKÜLLÔ MENTÉN: SAVASSÁG ÉS KÉTÉLTÛ FAUNA
Kertész Melinda-Karola és Simó Imre „Mircea Eliade” Fôgimnázium, Segesvár, Románia Felkészítõ tanár: Hártel Tibor, Simó Edit
MEGELÔZÉS A gyergyói medence emberének mindennapi életében a kútvízfogyasztás helyet kapott. Láttuk az elôbbi gondolatokból, hogy lehet rizikófaktora a rákos megbetegedéseknek. Mentalitási okok miatt nagyon nehéz tudatosítani a fogyasztó tömegben a potenciális veszélyeket. Erre jó példa egy középkorú ember nyilatkozata: „nagyapám es eszt itta, s méges 95 évig élt.” Valójában a múltban is ennek a kútnak a vizét fogyasztották, viszont az évtizedek során annak összetétele, milyensége nagy változásokon ment át. Mi két alternatívát találunk megoldásnak: 1. A kút vizének tisztítása – elméleti megközelítéssel lehetséges, viszont permanens munkát igényel. 2. A kanalizálás megoldása – jó hír: elkezdôdött a kanalizálási folyamat, erre anyagi háttér a 3.2-es Sapard pályázat megnyerésébôl származik.
A környezetünkben végbemenô kémiai változások módosítják a légkör és a talaj savbázis jellegét. Az életteret biztosító légkör, talaj és természetes vizek állapotától függ az élet minôsége. Az esôvíz enyhén savas kémhatású, ami a benne oldott széndioxidnak tulajdonítható. Ennek a „tiszta” esôvíznek a pH értéke megközelítôleg 5,6. Az ember környezetszennyezô tevékenysége eredményeként az esôvíz savasabb, pH-értéke alacsonyabb ennél az értéknél. Az esôvíz savasságának további növekedését többnyire a kénvegyületek és a nitrogén oxigénnel alkotott vegyületei okozzák. Az ember földi tevékenységének együttes hatásai nemcsak egyes fajok hanyatlásában mutatkoznak meg, hanem egész ökológiai rendszerek és tájegységek mind omladozóbb állapotában is, mint pl Romániában:
Levegôszennyezés szempontjából veszélyesnek minôsülô területek Romániában:
Copsa Mica (Kiskapus), Zlatna (Zalatna), Baia Mare (Nagybánya) – nehéz-
fémekkel szennyezett területek (réz, ólom, kadmium), kéndioxid és egyéb nemfémkohászati szennyezôdések; Hunedoara (Vajdahunyad), Calan (Pusztakalán), Galati (Galac) – fôként vasoxiddal és egyéb fémkohászatból származó, leülepedô porokkal szenynyezett területek;
Talajszennyezés szempontjából veszélyesnek minôsülô területek Romániában: a. vegyiszennyezés: Zlatna (Zalatna), Baia Mare (Nagybánya), Copsa Mica (Kiskapus)-nehézfémek, fôként réz, ólom, cink és kadmium jelenléte miatt veszélyes területek; Borzesti (Berkes), Onesti, Ploiesti-kôolajkitermelés miatt szennyezett területek.
Légszennyezésük miatt veszélyesnek minôsülô területek: a. színesfémkohászat: Copsa Mica (Kiskapus), Zlatna (Zalatna), Baia Mare
18 (Nagybánya) – nehézfémek (réz, ólom, kadmium) valamint kén-oxidok és lebegô szennyezôdések Nagybányán. Dolgozatunkban összefoglaljuk a kétéltûpusztulással kapcsolatos felméréseink eredményeit. Ezeket a felméréseket a Nagy-Küküllô völgye mentén végeztük.
A KÉTÉLTÛEK GLOBÁLIS PUSZTULÁSÁRÓL A kétéltûeket nem védi bunda, tollazat vagy pikkelyek, csupán egy vékony bôr, mely átjárható a levegô és a víz számára. Jelenleg ôk a föld „legöregebb” szárazföldlakó gerincesei, mintegy 350 millió éve élnek, túlélve meteor-becsapódásokat, jégkorszakokat, vulkánkitöréseket, a dinoszauruszok születését és pusztulását és más fajok megjelenését. Mindennek ellenére a kétéltûek jelenlegi helyzete riasztó. A kétéltû populációk pusztulását világszerte jelzik, bizonyos fajok még a „legvédettebb” nemzeti parkokból is eltûntek, ugyanakkor a torz fejlôdésû egyedek gyakorisága is megnôtt. Fontosabb pusztulást okozó tényezôk:
Az élôhely tönkretétele és megváltozása. A vízben szaporodó fajok életciklusa kötelezô módon két szakaszt foglal magába: egy vízi periódust (szaporodás, lárvák fejlôdése) és egy szárazföldi periódust, ahol a frissen átalakult kisbékák szétterjednek, és ahol a felnôttek élnek. Emiatt az egyik élôhely (vízi vagy szárazföldi) tönkretétele a helyi populációk csökkenését okozhatja.
Éghajlatváltozás. Megfigyelték a kétéltûek populációinak csökkenését olyan helyeken is, ahol semmilyen emberi perturbációt nem észleltek. Itt a pusztulás okozói: a globális éghajlatváltozás és az ózonréteg vékonyodásával járó növekedô UV-B sugárzás.
Járványos megbetegedések. A járványok kitörésének oka lehet természetes vagy antropogén. Kevés információ van a járványok kitörésének pontos okáról és a járványok terjedésérôl.
pH és más szennyezô anyagok. A savasságnak komoly negatív hatása van sok vízi állatfajra, köztük a kétéltûekre is. A savasság növelheti más szennyezô anyagok toxicitását. A kétéltû fajok érzékenysége a savasság iránt fajonként, populációnként változhat a körülményektôl függôen. A savasság csökkenti a túlélési valószínûséget, növeli a fejlôdési rendellenességeket, negatívan hat az embrionális fejlôdésre. A savas közegben átalakult gyepi békáknak rövidebb a testhossza, mint a semleges közegben átalakult békáké. A savas közegben élô ebihalak lényegesen kisebb mennyiségû táplálékot fogyasztanak, mint a semleges közegben élôk. Mindennek fontos hatása lehet a felnôtt kor elérésekor, amikor az egyedek rátermettségének a csökkenését eredmé-
19 nyezheti. A savasság hatására csökken a lárvák mobilitása, és nô a kitettségük a predációra. A toxinok változásokat okozhatnak az organizmusokban molekuláris, celuláris, szöveti és individuális szinten. Mindez populáció szinten is kifejti hatását abban az esetben, ha a toxinoknak kitett egyedszám nagy. A kétéltûek, mind a lárva, mind pedig a kifejlett stádiumban kitettek a xenobiotikumoknak. A kétéltûek ellenállóbak a kolineszteráz inhibitorokra (egy általánosan használt peszticidcsoport), mint más gerinces csoport. A szénkitermelés eredményeképpen viszamaradt szén és hamu napjainkban egyre gyakoribb szennyezôforrás a természetben, mert sok nyomelemet tartalmaz (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Se), melyek felhalmozódhatnak a természetben. A szénrakások által szenynyezett vizekben élô kétéltûek rendellenesen fejlôdnek.
A TERÜLET LEÍRÁSA A Nagy-Küküllô völgye Románia középsô részében található. Vizsgálatainkat 2004-ben végeztük a Nagy-Küküllô völgyében, egy körülbelül 101 km hosszú és 26 km széles területen. A területet erdôkkel borított dombság jellemzi, melyek magassága 600-800 m a terület nyugati részén, és 750-800 m a keleti részen. Az átlag hômérsékleti érték 9 °C (nyugat) és 6.5 °C (kelet), és a csapadék mennyiség 600 mm (nyugat) és 700-800 mm (kelet) között változik. A tanulmányozott 62 vizes élôhely antropogén eredetû. Tudomásunk szerint nincsen természetes állandó víz (tó) a területen.
MÓDSZEREK Vizsgálatainkat januárban kezdtük. A Romániában élô kétéltûeket „robbanásszerû” (explosive) szaporodási rendszer jellemzi, ami azt jelenti, hogy az ivarérett egyedek a hó megolvadásakor a vízbe vándorolnak, ahol rövid (pár hét) idôt töltenek (szaporodás). A szaporodási periódus magába foglal egy olyan rövid idôszakot (= „peak activity”, csúcs aktivitás, pár napig tart), amikor az ivarérett egyedek legnagyobb része a vízben van. Azért, hogy megnöveljük a valószínûségét annak, hogy szaporodó egyedeket találjunk a vízben (és a „peak” aktivitást is elkapjuk), és megbecsüljük a populációk méreteit, minden élôhelyet legalább négyszer vizsgáltunk meg március és április folyamán. Minden élôhelyet legalább egyszer éjszaka is megvizsgáltunk, mert több kétéltû faj éjszaka aktívabb, mint nappal (pl. gôték). A fajok, azonosítása merítôhálóval, petecsomók alapján, éjszaka elemlámpával lassan sétálva a tó sekély területein, hang (békák) és lárvák alapján történt.
21
A 62 vizsgált vizes élõhely savasságának és vezetõképességének átlagértékei és szórásai Átlag Minimum pH 7.56 6.02 Vezetõképesség 637.09 66.2
pe tty es tar gõte ajo sg õt e
A vizek savasságát (pH) és vezetôképességét (µS=mikrosiemens) egy OKATON (Singapore) pH- és vezetôképesség mérôvel mértük le, kb. 30 cm mélységben, 1 m távolságra a parttól. Az adatok elemzéséhez három mérés átlagát használtuk. A két fizikai paraméter valamint a kétéltûek fajszáma és az erdei béka populációk mérete közötti összefüggés vizsgálata mellett beiktattunk egy harmadik változót is, az erdôtôl való távolságot. Ezt azért tettük, mert irodalmi adatokból tudjuk, hogy az erdô fontos élôhelyet képvisel a kétéltûek számára, táplálékot és búvóhelyet (szárazság és hideg, valamint ragadozók ellen) biztosítva nekik. A savasságra és vezetôképességre vonatkozó adatok elôzetes elemzésébôl (1 táblázat) kiderült, hogy az ezek átlag- és szélsôséges értékei (leszámítva a Kis Kapuson mért erôsen nagy vezetôképesség értéket) megfelelnek a dombvidék hasonló vizes élôhelyeinek értékeivel, valamint a legtöbb kétéltûfaj optimális tûréshatára körül vannak (lásd lennebb). Éppen ezért nagy a valószínûsége annak, hogy a kétéltûfajok élôhely használatát és a populációik méreteit a pH és a vezetôképességen kívül, más tényezôk is befolyásolják. A szaporodási élôhely távolsága az erdôtôl egy ilyen potenciális tényezô.
elõfordulás
20
1. ábra Maximum 8.94 1828
Szórás 0.93 262.44
1. táblázat
EREDMÉNYEK ÉS TÁRGYALÁS A vizsgált területen 10 kétéltûfajt azonosítottunk: tarajos gôte (Triturus cristatus), pettyes gôte (T. vulgaris), sárgahasú unka (Bombina bombina), barna varangy (Bufo bufo), zöld varangy (B. viridis), leveli béka (Hyla arborea), barna ásóbéka (Pelobates fuscus), tavi béka (Rana ridibunda), erdei béka (R. dalmatina) és gyepi béka (R. temporaria). A különbözô fajok gyakoriságát az 1. ábra mutatja be: a tavi békát a vizsgált vizes élôhelyek 90 %-ában megtaláltuk, míg a zöld varangyot csak egy tóban találtuk meg (= 1.61 %).
fajszám
A savasság, vezetôképesség és az erdô távolságának a hatását a vizes élôhelyekben talált kétéltûfajok számára Pearson korrelációval vizsgáltuk.
2. ábra
23
fajszám
fajszám
22
vezetõképesség
távolság az erdõtõl (m)
3. ábra 4. ábra A 2. és 3. ábrák azt mutatják, hogy a fajszámot a pH és a vezetôképesség növekedése enyhén negatívan befolyásolja (pH: r=-0.34; vezetôképesség: r=-0.25). Az erdô távolsága a vizes élôhelytôl szintén negatív hatással van a vízben szaporodó kétéltû fajok számára, de az erdô távolságának a hatása erôsebb, mint a pH és a vezetôképesség hatása (r=-0.39) (4. ábra). A vizes élôhelyek savasságának és vezetôképességének az áltagértékei az 1. táblázatban vannak feltüntetve. Az értékeket összehasonlítva az irodalmi adatokkal kiderül, hogy a pH-érték a legtöbb kétéltû faj tûrôképességének optimális határán belül van (6.02-8.94). Viertel (1999) több vizes élôhely vizsgálásával (Németország) pH 7.0 8.3-at talált, míg Laurila (1998) Svédországban pH = 5 és 7 között mérte a vizes élôhelyek savasságát. Ezek a szerzôk nem találtak semmiféle összefüggést a kétéltûek élôhely használata, valamint a pH között. Más, Észak-Amerikában végzett vizsgálatok szerint a kétéltûek képesek felismerni és elkerülni a savas vizeket. Ezekben az esetekben a vizek savassága tág határok között változott: Freda és Dunson (1986) a
pH=3.9 és 7.06 közötti értékeket találtak a természetes vizekben. Harte és Hoffmann (1989) a sziklás hegységben megfigyelt kétéltû populáció-hanyatlást a vizes élôhelyek savasodásával magyarázza. Az általunk vizsgált területen és periódusban, nem figyeltünk meg az irodalomban közölt (pH=3.9, lásd fennebb) értékekhez hasonló szélsôséges értékeket. Ebbôl azt a következtetést vonjuk le, hogy a vizes élôhelyeket nem veszélyezteti savasodás. A vezetôképesség átlagértéke a vizsgált periódusban nagy (1. táblázat). Ez egyrészt a tavak magas produktivitásának (természetes ok), másrészt az emberi beavatkozásnak (gyakori nádégetés, ami megnöveli az ásványi sók koncentrációját) tulajdonítható. Kiemelendôek a Kiskapuson mért rendkívül nagy értékek: 719, 1079, 1189 és 1828 µS. A Kiskapuson vizsgált tavakban csupán egyetlen kétéltûfajt, a tavi békát találtuk, de ezek a békák szaporodási sikere ezekben a „tömény” vizekben 0 (petéznek, de a peték/lárvák nem fejlôdnek). A Csíki-medencében és Hátszegen mért értékek 300-500
24
25
„A KEMÉNY-VÍZ-KÔ” NYOMÁBAN Kedvek Veronika, Schaum Zsófia Patrona Hungariae Gimnázium, Budapest Felkészítõ tanár: Oláh Gábor Péter „Most a kôképzô forrásokról beszélek, melyek közül sokféle van a Szepességben... A szabad ég alatt keletkeznek a tufának hívott kôzetek. Ezek könnyûségük és ritkaságuk révén a tajtékkôhöz hasonlítanak.” (Georg Wernher: Magyarország csodálatos vizeirôl, 1549)
µS-között mozognak (Hartel és mts.), míg a Retyezáti gleccsertavak vezetôképessége nem haladja meg a 20 µS-t (Cogalniceanu és mts.). Leszámítva a Kiskapuson mért rendkívül nagy értékeket, a talált értékek megfelelnek az adott periódusra várt értékeknek: átlagosan 590 µS. Összegzésképpen elmondható, hogy a vizes élôhelyek savassága és vezetôképessége a legtöbb kétéltûfaj esetén az optimális határokon belül van. Kiemelendô a kiskapusi szennyezett vizes élôhely, ahol egyetlen kétéltûfaj sem szaporodik. A Nagy-Küküllô menti kétéltûek vizes élôhely használatát, a populációk méreteit, valamint a kétéltû közösségeket nem a pH és vezetôképesség, hanem más, ebben a dolgozatban nem tárgyalt tényezôk befolyásolják: erdôtôl való távolság (lásd fennebb), a ragadozó halak jelenléte (negatívan), hiánya (pozitívan), vízi növényzettel való borítottság (pozitívan), mélység (negatívan), autóutak (negatívan), szántóföldek jelenléte a vizes élôhely közelében (negatívan) stb. Irodalom Freda, J. and William A. Dunson. 1986. Effects of low pH and other chemical variables on the local distribution of amphibians. Copeia 2: 454-466. Harte, J. and E. Hoffmann. 1989. Possible Effects of Acidic Deposition on a Rocky Mountain Population of the Tiger Salamander Ambystoma tigrinum. Conserv. Biology, 3(2): 149-158. Laurila, A. 1998. Breeding habitat selection and larval performance of two anurans in freshwater rock - pools. Ecography.21: 489-494. Viertel, B. 1999. Salt tolerance of Rana temporaria: Spawning site selection and survival during embryonic development (Amphibia, Anura). AmphibiaReptilia, 20: 161-171.
Kutatásaink során a víz keménységének és a belôle keletkezô vízkônek a nyomába eredtünk.
I. KEMÉNY-VÍZ-KÔ Köztudott, hogy a víz egy nagyon jó, általános oldószer. Minden általunk használt víz az esôbôl származik, amely eredetileg lágy. Az esôvíz a felszíni kôzetrétegen átszivárogva fémsókat old ki, mint pl. a kalciumot és magnéziumot, melyeket utána oldott formában szállít tovább. Kemény vízrôl akkor beszélünk, ha az átlagosnál nagyobb mennyiségû oldott kalcium-, illetve magnézium-sót tartalmaz a víz. Azért nevezzük „kemény víznek”, mert kemény lerakódást okoznak a vízrendszerben, és ezt „vízkônek” nevezzük.
H2 O
CO 2 H2CO3
Eso CaCO 3 Ca(HCO 3)2 CO 2 CaCO 3 H2 O Talajvíz Új hegyek k épzodése
Folyó Tengeri állatok v áza CaCO 3
Kemény-víz-kô és a kémia – avagy a szén-dioxid körforgása
Tenger H2 O
26
27
1. lépés: szén-dioxid + víz
szénsav
2. lépés: szénsav + kalcium-karbonát 3. lépés: kalcium-hidrogén-karbonát
III. kísérlet: A kemény víz és a szappan kalcium-hidrogén-karbonát
kalcium-karbonát + szén-dioxid + víz
I. kísérlet: Szén-dioxid oldása vízben Üres habszifonba szódapatronból szén-dioxidot engedtünk, majd a gázt óvatosan ioncserélt vízbe vezettük. A hordozható mérôeszközök lehetôvé tették, hogy könnyen és pontosan elvégezhessük a pH- és a hômérséklet mérését. Méréseink szerint a szén-dioxid oldódásának következtében az oldat kezdeti 8,0as pH-ja lecsökkent pH=4,9-re, vagyis az oldat kémhatása gyengén savassá vált. Az oldási kísérlet közben az oldat hômérséklete 16,6 oC-ról 16,3 oC-ra csökkent.
Következtetések 1. Ezzel a kísérlettel bebizonyítottuk, hogy a szén-dioxid vízben jól oldódik és a szén-dioxidból valóban sav – szénsav – képzôdik. 2. A hômérséklet csökkenése azért történt, mert a szódapatronból a habszifonba engedett gáz jelentôsen lehûlt, és a hideg szén-dioxid hûtötte le a vizet. [Egyébként a szén-dioxid oldódása vízben exoterm (hôtermelô) folyamat.]
II. kísérlet: Kalcium-karbonát oldása szénsavban Üres habszifonba szódapatronból szén-dioxidot engedtünk, majd a gázt óvatosan frissen készített meszes vízbe [Ca(OH)2] vezettük. Tapasztalatunk szerint a szén-dioxid bevezetését követôen a víztiszta oldatban azonnal zavarosodás, majd fehér porszerû csapadék keletkezett, amely átlátszatlanná tette a hengert. A szén-dioxid bevezetését tovább folytatva azt tapasztaltuk, hogy rövid idôn belül az oldat elkezdett kitisztulni és végül ismét teljesen víztisztává vált.
Következtetések 1. A kísérlet elsô részében a meszes vízbôl a bevezetett szén-dioxid hatására kalcium-karbonát csapódott ki: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O vagyis a kalcium-karbonát vízben rosszul oldódó anyag. 2. A kísérlet második részében a kalcium-karbonát a bevezetett szén-dioxid hatására feloldódott kalcium-hidrogén-karbonát formájában: CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 vagyis a kalcium-hidrogén-karbonát vízben jól oldódó anyag. 3. Ezzel a kísérlettel bebizonyítottuk, hogy a mészkôrétegeken átszivárgó széndioxidtartalmú víz (szénsav-oldat) kiválóan képes oldani a mészkövet.
Három kémcsôbe ioncsrélt vizet, gipszes vizet [CaSO4] és kalcium-hidrogén-karbonátos vizet öntöttünk. Mindhárom kémcsô tartalmához kb. ugyanannyi szappan-oldatot adtunk. Ezután mindhárom kémcsô tartalmát összeráztuk. Tapasztalatunk szerint az ioncserélt vízben dús hab képzôdött. A gipszes vizet és a kalcium-hidrogén-karbonátos vizet tartalmazó kémcsövekben viszont pelyhes csapadék képzôdött, és habképzôdés nem volt tapasztalható.
Következtetések 1. Az elsô kémcsôbeli kísérlet azt – a gyermekkorunk óta ismert tapasztalati tényt – bizonyította, hogy a szappanból és vízbôl könnyû szappanhabot készíteni. 2. A másik két kémcsôben látott kísérletek azt bizonyítják, hogy a kalcium-sókat tartalmazó (kemény) vízben a szappan nem habzik, hanem kicsapódik: (C15H31COO)2Ca + 2 Na+ Ca2+ + 2 C15H31COONa szappan
kalcium-palmitát (mész-szappan) Ha kemény vízben szappannal mosdunk, vagy mosunk, akkor számolnunk kell azzal, hogy a kicsapódó mész-szappan rárakódik a testünkre vagy a ruhára.
II. CSAPVÍZ – VEZETÉKES IVÓVÍZ A vízellátás története az emberiség történetével kezdôdött, már az elsô településeket ott hozták létre, ahol a vízigények kielégítése biztosítható volt.
Méréseink az ívóvízzel (25 mérés) Osztálytársaink egy része ivóvizet hozott saját lakóhelyérôl, melyet elemzésnek vetettünk alá. Az ivóvizek keménységét is az AQUARAPID PLUSZ II. összes keménység meghatározó készlettel határoztuk meg. Eredményeink az alábbiak:
28
29
Következtetések
Mérési eredményeink
1. Méréseink szerint a budapesti ivóvizek legnagyobb része a kemény vízminôségi kategóriába sorolható, mert keménységük 14 és 21 nk° közé esik. 2. Méréseink szerint a vidéki ivóvizek zöme is a kemény vízminôségi kategóriába sorolható. Kivételt képez a közepesen kemény dombóvári víz ( 9 nk° ), valamint a nagyon kemény tardosi víz ( 29 nk° ). Tardos ivóvizének keménysége jól érthetô, hiszen a település a Gerecse hegységben található, mely mészkôbôl épül fel.
Illusztráció és összehasonlítás 1. Méréseink jó egyezést mutatnak a Fôvárosi Vízmûvek által mért adatokkal, melyek megtalálhatók a http://www.vizmuvek.hu honlapon. 2. Vízkeménységi méréseink eredményét térképen is illusztráltuk. 3. Összehasonlítottuk méréseink eredményeit és a mosóporokon található vízkeménység térképet: az egyezés szinte tökéletesnek bizonyult.
III. MAGYARORSZÁG ÁSVÁNYVIZEI A nagy ásványvíz-fogyasztó nemzetekhez képest a magyarok egyelôre még kevés ásványvizet isznak. A fejlôdés az 1990-es évek elején kezdôdött. 2004-re az ásványvízfogyasztás 65 liter/fô értékre növekedett. A magyar ásványvizek kiváló minôségét bizonyítja, hogy a Szentkirályi ásványvíz a 2004-es Párizsi Aqua-Expo-n elnyerte a legjobb külföldi szénsavmentes ásványvíz díját.
Méréseink az ásványvizekkel (8 mérés és számítás) Összegyûjtöttünk többféle ásványvizes palackot. Hét magyar és egy osztrák ásványvíz keménységét mértük meg az összes keménység meghatározó készlettel. Eredményeink a következõk:
Következtetések 1. Méréseink szerint a Párizsi Aqua-Expo-n fôdíjat nyert Szentkirályi ásványvíz rendelkezik a legkisebb keménységgel, és mégis kiváló ízû. 2. Az ásványvizek keménységét összehasonlítva a vizsgált ivóvizek keménységével megállapítottuk, hogy az ásványvizek akár 2-3-szor keményebbek. Az ásványi anyagok pótlása szempontjából jobb az ásványvizek fogyasztása. 3. Méréseink jó egyezést mutatnak a címkék alapján számított értékekkel. Minden mérésünk eredménye kissé nagyobb, mint a számított. 4. Az osztrák ásványvíz (Römerquelle) keménység szempontjából nem tér el a vizsgált magyar ásványvizektôl.
IV. EGÉSZSÉG A víz élettani szerepe rendkívül sokrétû az ember szervezetében. Az emberi szervezet igen takarékosan bánik vízkészletével, hiszen naponta mindössze kb. 2,6 litert választ ki, amit táplálék- és folyadékfelvétel útján pótolnunk kell. Kutatások bizonyítják, hogy a túlságosan lágy víz elôsegíti a szív- és érrendszeri betegségeket. Egy új finn kutatás szerint minden egyes keménységifok-növekedés 1 %-al csökkenti a szívinfarktus kockázatát.
30
31
Méréseink és számításaink pezsgôtablettákkal (8 mérés és számítás) Összegyûjtöttünk nyolcféle kalcium- és magnézium tartalmú pezsgôtablettát. Mindegyikbôl vízzel 800 cm3 üdítôitalt készítettünk, hogy könnyebben mérhessük összes keménységüket. Eredményeinket az alábbi táblázat tartalmazza
Eredményeink
V. VÍZLÁGYÍTÁS A vízkeménység – sok országban és hazánkban is használt – mértékegysége az ún. német keménységi fok. Egy német keménységi fokú (jele: nkº, vagy dHº) az a víz, amelynek egy literében 10 mg kalcium-oxiddal egyenértékû kalcium- és magnézium-só található oldott állapotban. A vizek keménységük alapján osztályozhatók. A leggyakrabban alkalmazott vízkeménységi kategóriák: <7 nkº (dHº) : lágy víz 7-14 nkº (dHº) : közepesen kemény víz 14-21 nkº (dHº) : kemény víz > 21 nkº (dHº) : nagyon kemény víz Az idô múlásával a vízkô kemény és vastag réteggel vonja be nem csak a mosógép fûtôszálait (amint azt a médiában nap mint nap látjuk), hanem a kazánok belsejét, a kávéfôzô gépét, a a csaptelepeket, a szanitereket és melegvizes vezetékeket; komoly kárt okozva olyan más háztartási berendezéseikben is, melyek vizet használnak fel mûködésükhöz. Élettartalmuk jelentôs mértékben lerövidül, hatásfokuk romlik, és a karbantartásuk egyre több költséget emészt fel. A lágyabb víz egyéb elônyeirôl bemutatunk három képet CSILLOGÓ POHARAK
Következtetések 1. A Vital mag tablettából készített ital keménységét nagyon pontosan sikerült meghatároznunk. Mérésünk hibája alig több, mint 1 %. 2. A kéménység pontos meghatározását zavarta, hogy az italok nagy részében a kalcium- és magnézium-vegyületek (pl. CaCO3 és MgO) nem oldódtak fel teljesen, és zavaros maradt a minta. Nehezítették a mérést a tabletták színezékei is. A zárójelbe tett eredmények ezeket a pontatlanságokat tükrözik. 3. A pezsgôtablettákból készített italok sokszorosan keményebbek, mint az ivóvizek és az ásványvizek. Ásványi anyagok pótlása szempontjából ezek fogyasztása a legelônyösebb. 4. Kiszámítottuk, hogy 1 db Calcium-Sandos tablettával annyi kalcium jut szervezetünkbe, mint 16 liter Szentkirályi vagy 7 liter Römerquelle ásványvízzel.
32
33 Következtetések
A víz keménységét okozó kalcium- és magnézium-ionok – részleges vagy teljes – eltávolítását vízlágyításnak nevezzük. Tanulmányaink során már részletesen megismerkedtünk a vízlágyítási módszerekkel (desztillálás, termikus lágyítás, csapadékos lágyítás és ioncsere). Most kísérletekkel bizonyítottuk mindazt, amit eddig „csak” megtanultunk.
1. A vegyszeres kezelés hatására az oldott kalcium-ionok kicsapódtak: Ca2+ + CO 2CaCO 3
3
Ca2+
+ 2
PO43-
3
Ca3(PO4 )2 ,
vagyis a kalcium-karbonát és a kalcium-foszfát is vízben rosszul oldódó anyag. 2. A csapadékos lágyítással vizeink keménysége biztosan csökkent, hiszen az oldott kalcium-ionok kicsapódtak: vagyis ez a módszer is alkalmas vízlágyításra.
VI. kísérlet: Ioncserélôk és radiátorok vizének ellenôrzése SELYMESEBB ÉRZÉS, NINCS VISZKETÉS
IV. kísérlet: Termikus lágyítás Gellérthegyi kristályvizet és budapesti ivóvizet töltöttünk egy-egy fôzôpohárba, majd mindkettôt felforraltuk. 5 percnyi forralás után a vizeket lehûtöttük. Megmértük a kiindulási vizek és a termikus kezelés utáni vizek összes keménységét. Tapasztalatunk szerint már forralás közben is látható volt, hogy a vizek kissé megzavarosodtak: a csapvíz kevésbé, az ásványvíz erôteljesen. Lehûtés után a csapvízben kevesebb, az ásványvízben sokkal több fehér üledék volt. A csapvíz keménysége 16 nkº-ról 9 nkº-ra csökkent, az ásványvíz keménysége pedig 40 nkº-ról 19 nkº-ra csökkent.
Következtetések 1. A kicsapódott anyag a vízkô (CaCO3). 2. A keményebb víz ugyanakkora mennyiségébôl több vízkô tud kicsapódni. 3. A termikus lágyítással vizeink összes keménysége kb. 50 %-kal csökkent, vagyis a módszer alkalmas vízlágyításra.
Kémiai laboratóriumunkban is és a kazánházban is mûködik ioncserélô berendezés. Mérésünk szerint a laboratóriumi ioncserélôbôl vett víz összes keménysége 0.3 nk º és 1 nk º közötti. A kazánházi ioncserélôbôl vett víz összes keménysége 9 nk º-nak adódott! Mérésünk szerint a fôköri (radiátorokban levô) víz összes keménysége 0,06-0,09 nkº között van.
Következtetések és javaslat 1. A laboratóriumi ioncserélôbôl távozó víz még elfogadható minôségû. 2. A kazánházi ioncserélôbôl távozó víz minôsége már nem felel meg az elôírt határértéknek, amely a mi esetünkben (is) 0,1 nk º. Közel százszoros keménységet mértünk!!! Javasoltuk a mûszaki vezetônek a lágyító azonnali regenerálását. 3. A fôköri (radiátorokban levô) víz összes keménysége megfelel az elôírásoknak, mert az 0,1 nkº alatti.
VI. HARC A VÍZKÔ ELLEN
VII. kísérlet: Vízkôellenes termékek vizsgálata V. kísérlet: Csapadékos lágyítás Kalcium-klorid-oldat egyik részletéhez nátrium-karbonátoldatot, másik részletéhez nátrium-foszfát-oldatot öntöttünk. Tapasztalatunk szerint mindkét esetben azonnal fehér, pelyhes csapadék keletkezett.
A reklámokból is közismert Calgon-t és a Csillag vízlágyítót hasonlítottuk össze. Tapasztalatainkat és a megszerzett információkat táblázatban rögzítettük.
34
35 lázat tartalmazza:
Következtetések 1. Mindkét vízkôoldó közel tíz % savat tartalmaz, kémhatásuk erôsen savas. 2. A márvány a sósavtartalmú vízkôoldóban gyorsabban oldódott, de mindkettô teljesen feloldotta a márványdarabot. 3. A mészkôpor a márványhoz hasonlóan viselkedett a két vízkôoldóban. CaCl2 + H2O + CO2 CaCO3 + 2 HCl márvány, mészkô
IX. kísérlet: Vízforraló vízkô-menetesítése
(15 mosás/doboz)
750 Ft/15=50 Ft
299 Ft/15=20 Ft
Következtetések 1. Mindkét vízlágyító közel 1/3 részben – vízben oldhatatlan – zeolitot tartalmaz, amely ioncsere révén lágyítja a vizet. 2. Mindkét vízlágyító komplexképzô anyagot is tartalmaz: a Calgon polikarboxilátot, a Csillag foszfátot. Környezetvédelmi szempontból a Csillag kedvezôtlenebb, mert sok foszfátot tartalmaz, amely tavakba kerülve eutrofizációt okoz. 3. Méréseink szerint az indikátoros pH méréssel 1 egységet tévedtünk. 4. Számításunk szerint a Csillag vízlágyító tûnik gazdaságosabbnak. 5. Sok háziasszonynak az a véleménye, hogy mire a mosógép – vízlágyító nélkül – esetleg tönkremenne a vízkôtôl, a vízlágyítóba fektetett pénzbôl egy új mosógép is kijönne.
VIII. kísérlet: Vízkôoldók vizsgálata Kétféle vízkôoldót vizsgáltunk: a sósavat (HCl) tartalmazó Chemitat vízkôoldót, és a foszforsav (H3PO4) tartalmú Lithosolv vízkôoldót. Megmértük az oldatok pH-ját, és márvány, illetve mészkôpont oldottunk bennük. Tapasztalatainkat a következõ táb-
Vízforraló készülékbe annyi sósavat (HCl) tartalmazó Chemitat vízkôoldót töltöttünk, hogy a fûtôszálat ellepje. Kezdetben nagyon heves pezsgést tapasztaltunk. Egy perc alatt végbement a reakció, mert a pezsgés megszûnt. A vízforralót alaposan kiöblítettük, és azt tapasztaltuk hogy a fûtôszál kifényesedett.
Következtetések 1.
A vízkôoldó alkalmas volt a vízkô tökéletes eltávolítására. CaCl2 + H2O + CO2 CaCO3 + 2 HCl vízkô
X. kísérlet: Gerbera – kemény víz – vízlágyító mágnes Azt vizsgáltuk, hogy hatással van-e a vágott virág tartósságára a használt víz keménysége. Három fôzôpohárba vizet töltöttünk: az elsôbe természetes ásványvizet (nagyon kemény), a másodikba szintén ugyanezt az ásványvizet és egy vízlágyító mágnest, a harmadikba pedig ioncserélt vizet (nagyon lágy – 1 nko alatt). Virágüzletben vásároltunk 6 szál teljesen egyforma, szép gerberát. Tapasztalatunk szerint leghamarabb (1 nap után!) az ioncserélt vízben hervadtak el a gerberák, majd a mágnest is tartalmazó ásványvízben (2 nap után). Legtovább (3 nap) a mágnes nélküli ásványvízben virítottak a gerberáink.
36
37
Következtetések 1. A vágott virág a lágy vízben nagyon gyorsan elhervadt, jelezve, hogy a növény nem igazán optimális „életkörülmények” közé került. 2. A gerberák további virítását segíti a keményebb víz használata. 3. A vízlágyító mágnes „hatásosságát” bizonyítottnak láttuk, mert a víz úgy viselkedett a mágnes hatására, mintha lágyabb volna: hiszen hatására hamarabb elhervadtak a gerberák. A gerberák elhervadása után a fôzôpoharakat ioncserélt vízzel feltöltöttük az eredeti mennyiségre, hogy megvizsgáljuk keménységüket, vezetôképességüket és kémhatásukat. Méréseink eredményét az alábbi táblázat tartalmazza:
A tea frissen a leghasznosabb. Ha állni hagyjuk, akkor színe megsötétedik és felülete lepedékessé („bôrössé”) válik.
XI. kísérlet Fekete teák vizsgálata Megmértük a budapesti csapvíz és a kémia labor ioncserélôjébôl kijövô víz összes keménységét. Elôbbi 15 nko-ú, utóbbi 1 nko-ú volt. A kétféle víz segítségével két különbözô fekete teából fôztünk teát, úgy, hogy 300 cm3 forró vízbe 1-1 filtert tettünk. Vizsgáltuk a teák átlátszóságát (zavarosságát), színét és a tetejükön képzôdô hártyákat. Tapasztalatainkat a két kép és a táblázat tartalmazza.
Tapasztalataink
Következtetések 1. A vízlágyító mágnes valójában nem lágyította meg a vizet, csak a víz viselkedik úgy, mintha lágyabb lenne. 2. A kezdeti keménységet okozó sók egy része kivált a fôzôpohár falára illetve felszívódott a gerberákba, ezért mértünk 32 nko keménységet a kezdeti 40 nko helyett.
VII. TEA ÉS VÍZKEMÉNYSÉG
XII. kísérlet Kamilla tea vizsgálata A tea a víz után a világ második legtöbbet fogyasztott itala. Neve jelentése: isteni nedû, amelyet a görög Thea (istennô) szóról neveztek el. A tea délkelet-ázsiai eredetû örökzöld cserje. Nem elég azonban megvenni a legfinomabb teát, figyelembe kell venni a rendelkezésre álló víz minôségét is. A túlságosan kemény víz tönkre teheti a legfinomabb tea ízét, aromáját is. A lágy víz pedig a közönséges teát is feljavíthatja. Szakemberek szerint a teafôzéshez legalkalmasabb a 10 keménységi fokú víz.
Sem a lágy, sem a kemény vízbôl készített kamillavirág-tea nem zavarosodott meg, és nem képzôdött rajta hártya sem.
XIII. kísérlet Penészedési kísérlet Az elkészített teákat (mind a hat pohárral) a téli szünetre letakartuk alufóliával. Egy hónap elteltével a teák egy része bepenészedett. Az ioncserélt vízbôl készülteken összefüggôbb volt a penésztelep, míg a csapvízbôl készülteken több, kisebb penészfolt képzôdött.
38
39
A kamillán alig-alig volt penész. Ez a kísérlet is azt bizonyítja, hogy a kamilla anyagai gyulladáscsökkentô (baktérium- és gomba-ölô) hatásúak.
VIII. „A KÔKÉPZÔ FORRÁSOK” VIZÉNEK TITKAI
XIV. Teafôzés ásványvízbôl – teakóstolás
I. Miért képzôdhet mésztufa a Melegmány-völgyben?
Ebben a kísérletben három különbözô keménységû vízzel kísérleteztünk: egy nagyon kemény (40 nko-ú) ásványvízzel, ioncserélt vízzel, és a kettô 1:1 arányú keverésével elôállított kb. 20 nko keménységû vízzel. Mindháromból Earl Grey teát fôztünk. Megkóstoltuk mindhárom teát, de nem tudtuk eldönteni, melyik a legfinomabb: egyenlô szavazatot kapott a lágy és a nagyon kemény tea is. Esztétikailag azonban a lágy vízbôl készült teát tartottuk a legszebbnek. A háromféle keménységû tea tetején képzôdött hártyát mutatja a fenti kép.
A Nyugati- és a Keleti-Mecsek határán, Pécs és Mánfa közigazgatási területén fekszik az 1957-ben védetté nyilvánított Melegmány-völgy Természetvédelmi Terület, amely ma már a Duna-Dráva Nemzeti Park része. A patakok medrében mésztufa lépcsôk, gátak képzõdtek, amelyek közül a legnagyobb a mintegy 8 méteres Melegmányi vízesés.
XV. Teafôzés vízlágyító mágnessel Ebben a kísérletben két Earl Grey teát fôztünk budapesti ivóvízbôl (15 nko), azonban az egyikbe vízlágyító mágnest is tettünk. Azt vizsgáltuk, hogy a tea külsô megjelenésére hatással van-e a vízlágyító mágnes. Tapasztalatunk szerint a mágnessel kezelt vízzel fôzött tea kissé tisztább, átlátszóbb volt, és a tetején is kevesebb hártya képzôdött.
Következtetések 1. Tapasztalatunk szerint a fekete teák tetején a hártya képzôdése valóban összefüggésben van a víz keménységével: minél keményebb a víz, annál gyorsabban és vastagabb méretben képzôdik a hártya. 2. A kamilla tea bôrösödése sokkal lassúbb folyamat, mint a fekete teáké, vagyis nem csak a keménység játszik szerepet a bôrösödés kialakulásában (polifenolok, lipidek). 3. A rendkívül kemény vízbôl fôzött fekete tea nemcsak bôrösödik, hanem csapadék is keletkezik benne. 4. A teák ízének egységes megítélésében még van mit fejlôdnünk. 5. A vízlágyító mágnes hatásosságát a teakészítés során bizonyítottnak láttuk: a víz úgy viselkedett a mágnes hatására, mintha lágyabb volna.
A mésztufa képzôdése felszíni karsztjelenség: a felszínre kerülô – nagy oldott mésztartalmú – víz olyan helyeken, ahol a folyása meggyorsul, a szén-dioxidot leadja. Ennek következtében a benne oldott mész is kicsapódik, lerakódik a mederben, és az abba belehullott ágakon, leveleken kéregszerû bevonatot képez. A kicsapódó mész keveredve az erózió által szállított üledékkel, laza porózus képzôdményt alkot. Az így keletkezett kôzetbôl egy idô után eltávoznak az elkorhadt növényi maradványok, ezért lyukacsos szerkezetûvé válik. Mivel a mész mindig a meredekebb esésû meder szakaszban rakódik le, ezeken a pontokon kis gátak alakulnak ki, amelyek a patakot egy szakaszon visszaduzzasztják. Így a meredek esésû hosszabb mederrészek tavacskák sorozatává alakulnak, melyeket vízesések kötnek össze.
40
41
Mérések az Anyák kútjánál és a Melegmányi forrásnál Mérési eredményeinket az alábbi táblázat tartalmazza:
Következtetések
Mérési eredményeink
1. Méréseink szerint a Tûzköves forrás vizének összes keménysége nagyon alacsony, ezért nem alkalmas arra, hogy belôle a mésztufa képzôdhessen. 2. A forrás vizének nagyon alacsony keménysége és alacsony vezetôképessége is azt bizonyítja, hogy a forrás vize nagyon kevés oldott anyagot tartalmaz. Ez egyben alá is támasztja a Börzsöny hegység vulkáni eredetét.
IX. ÜZEMLÁTOGATÁSOK A FÔVÁROSI VÍZMÛVEKBEN
Következtetések 1. Méréseink szerint a források vizének összes keménysége nagyon magas, vagyis alkalmas arra, hogy belôle a mésztufa képzôdhessen. 2. Megfigyeléseink szerint a természetvédelmi terület geológiai viszonyai között ma is folyik a mésztufa képzôdése.
II. Miért nem képzôdhet mésztufa a Tûzköves forrás vizébôl? Felkerestünk a Börzsönyben egy különleges forrást, a Tûzköves-forrást. Ez attól különleges és szép, hogy a forrás nem más, mint az alatta folyó patak kivájta sziklafalról lecsöpögô víz. E különleges forrás vize is igencsak jóízû. A Pogány-patak az idôk folyamán kivájta és elhordta az andezit-tufából illetve andezit-agglomerátumból álló sziklafal anyagát.
Mérések a Tûzköves forrásnál A forrásvíz keménységét az összes keménység meghatározó készlettel határoztuk meg. A hordozható mérôeszközök lehetôvé tették, hogy pH- és vezetôképesség méréseket is végezhettünk. Eredményeinket a következõ táblázat tartalmazza:
Látogatást tettünk a Gellért-hegyi víztározóban és a Vízminôség-védelmi laboratóriumban, ahol megtudhattuk, hogy Budapesten és 22 agglomerációs településen élô
42 kétmillió lakos mind a magyar, mind pedig az Európai Uniós elôírásoknál lényegesen jobb paraméterekkel rendelkezô ivóvizet fogyaszthat. Megtudtuk azt is, hogy a budapesti ivóvíz közepes keménységû.
43
IVÓ- ÉS ÁSVÁNYVÍZ Kiss Bernadett Vak Bottyán Gimnázium, Paks Felkészítõ tanár: Binder Klára, Bõsz Krisztina
ÖSSZEFOGLALÁS Kutatásaink során a víz keménységének és a belôle keletke-zô vízkônek a nyomába eredtünk. Számtalan kísérletet és mérést és számítást végeztünk a különbözô eredetû vizek keménységével kapcsolatosan. Megállapítottuk, hogy a vizsgált ivóvizek és ásványvizek keménysége megfelel a magyar és az EU-s szabványnak. Méréseink, eredményeink megismerése után regenerálták az iskolai kazán ioncserélôjét. Vizsgáltuk a teafôzés és a vízkeménység kapcsolatát, újjávarázsoltunk egy vízforralót, és vizsgáltuk a vízlágyító mágnes hatását a víz keménységére. Beláttuk, hogy a gerberák jobban szeretik a kemény vizet, mint a lágyat. Kísérlettel bizonyítottuk a kamillatea baktériumölô hatását, és a Börzsöny hegység vulkánikus eredetét. Örömmel mondhatjuk, hogy mi már jól értjük a „kôképzô források” titkát.
A választásom azért erre a témára esett, mert mindennapi életünk „szerves” része. Többek közt választ kerestem a mindennapi vízszükségletünk elôállítására, a hozzájuk szükséges eljárási módokra és a természetes vizek tartalmára is. A víz életünk elengedhetetlen alkotója. A molekula az oxigén és a hidrogén V-alakú kapcsolódásából jön létre (H2O). E vegyület színtelen, szagtalan, íztelen folyadékot képez, melynek még két halmazállapotát különböztetjük meg. Szilárd formában (0 oC alatt) jégrôl, gázhalmazállapotban vízgôzrôl beszélünk. A legtöbb folyékony anyag sûrûbbé válik, ha megfagy. Nem így a víz! (Hiszen akkor a jégkocka lesüllyedne az ital aljára.) A megfagyó víz kitágul, s a jég rácsszerû szerkezetében bôven marad hely a molekulák között. Úgy vélik, e különös viselkedésnek az oka a hidrogénkötésben rejlik. Ezt a folyadék 1015 Pa-os légköri nyomáson 100 oC-on forr. Ugyanúgy viselkedik, mint a többi folyadék. Ha csökken a nyomás, alacsonyabban is fog forrni. Így a magashegyekben akár zubogó teát is ihat az ember. Amellett, hogy elengedhetetlen az élet számára az egyik legáltalánosabb oldószer. Néhány reakcióban katalizátorként mûködik, és valamikor komplex vegyületet is képez. A benne oldott anyagok minôségét, mennyiségét vízanalízissel határozzák meg. Ez egy olyan tudományág, amely különbözô vízféleségek vizsgálatára részben eltérô eljárásokat használ (Megkülönböztetnek szenny-, ivó-, ásvány-, fürdô-, felszíni- és iparivíz-analízist.). A vízben lévô ásványok mennyiségétôl és minôségétôl függôen beszélhetünk klasszikus szerves illetve szervetlen vízrôl. A tiszta víz mindig tartalmaz szennyezôdéseket vagy oldott, vagy lebegtetett formában. A víz, ha kis mértékben is, de képes disszociálni (kémiai vegyületek szétesése egyszerûbb vegyületekre, szabad atomokra és ionokra) H+ és OH- ionokra (a H+ valójában H3O+ vagyis oxóniumion), ezért képes gyenge savak és bázisok sóit elbontani, hidrolizálni. A hidrogénnél pozitívabb fémek elbontják a vizet. Fém- és nemfémek oxidjaival bázisokat vagy savakat is alkothat. Kristályvízként sok vegyületbe beépül. A tengervizek hatalmas sótartalmán kívül (35g/liter) 27,2 g nátrium-, 3,8 g magnézium-kloridot, 3,8 g magnézium-, kalcium- és kálium-szulfátot, 0,2 g karbonátot és bromidot is tar-
44 talmazhat. A vízben oldott kalcium- és magnéziumsók okozzák a vizek keménységét. Két fajtája van a keménységnek, a változó és az állandó. E kettônek összege az összkeménység. A kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonát a változót (mert forralással eltávolítható), a többi só, pedig az állandó keménységet okozza. Kétféle egység skála van a német és a francia. Kemény víznek azt a vizet nevezzük, amelyben oldott magnéziumés kalciumvegyület van. E társulások két csoportra oszthatók. Az egyik, ha hidrogénkarbonátot alkotnak, a másik, ha hôre stabil elemeket alkotnak. Az utóbbi csoport nem képez vízkövet. Háztartásunkban sem mindegy milyen vizet használunk. A mosógép és a kazán eredményesebb mûködéséhez szükség van lágyított vízre. A vízminôség szabályozása is fontos. Ez alatt a víz fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságának összességét értjük. A megfelelô minôség alatt a különbözô anyagok – közmegegyezés szerinti – határértékeken belüli értékét értjük. E értékeknek vízminôségi követelményeknek is meg kell felelnie. A követelmények számszerûleg a víz egyes összetevôinek, illetve szennyezô anyagainak koncentrációjára vonatkozó vízminôségi határérték. A határértékek vízfajtánként és terenként változnak. A víz minôségének védelme, a vízgazdálkodás és a környezetvédelem része. Célja, hogy a vízkészlet minôségét optimálison tartsa a felhasználáshoz. Három részre tagolódik: 1. a minôség rendszeres vizsgálata 2. minôségszabályzás és 3. kárelhárítás. A vizsgálatok eredményét összesítik, elbírálják, minôsítik, és végül osztályokba sorolják. A vízminôség-szabályozási tervek lehetnek országos, regionális és üzemi szintûek. A rendszeres emberi fogyasztásra alkalmas vagy azzá tehetô, fizikai, kémiai és biológiai határértékeknek megfelelô vizet ivóvíznek nevezzük. Nem tartalmazhat káros kémiai és biológiai szennyezôdéseket. A túl tiszta víz azonban ízetlen, az ivóvizeknek oxigént, szén-dioxidot és kevés kloridot kell tartalmaznia. Túl kemény sem lehet. (Már említettem mitôl és hogyan lehet kemény a víz.) A háztartási gépekben a vízkô súlyos károkat okozhat, ha eltömíti a nyílásokat, vagy fontos alkatrészekre lerakódik. Ha nem használnak megfelelô vizet a különbözô érzékeny gépekhez, akkor is el tudják kerülni a bajt. Például a mosógépet évente legalább egyszer ecetes vízzel át kell öblíteni egy sima programon. Nem mindegy az sem, hogy honnan származik az ivóvíznek nevezett folyadék. A vízellátás éppen olyan fontos, minthogy milyen a minôsége. Ez a vízmennyiség magában foglalja a háztartások és intézmények vízellátási szükségleteit. Sôt az ipari üzemek ivóvíz minôségû vízre vonatkozó igényét is kielégíti. (Nem tartalmazza a köz-
45 kút által szolgáltatott vizet.) Felszíni vizet is csak ritkán használnak ivóvíz célra. Néhány nagyváros ellátását pótolják ki a nagyobb vízhozamú folyókból. Egy milliós város életét percek alatt megbéníthatja a vízhiány. Ennek ellenére rendkívül pazarló módon bánunk az ivóvízzel. Ivóvíz minôségû vizet használunk például WC öblítésére is, pedig erre a célra kevésbé jó minôségû víz is megfelelne. Fôvárosunkban a legnagyobb víztisztítót a Gellért-hegy rejti. Több millió m3 vizet állít elô naponta. A hiányt a Duna vizébôl pótolják. New York városa naponta 5,4 millió m3 vizet használ, beleértve az ipart is. Ez 760 l-t jelent egy fôre lebontva. A pótlást fôként a Hudsonbôl és a Delaware völgyébôl oldják meg. Angliában a Temze Vízügyi hatóság területe London egy részét és a folyó völgyét foglalja magában. A magánfogyasztási célokra a vízfogyasztás naponta 2,8 millió m3-t is meghaladja. A 7 millió lakos fejenként körülbelül 160 l vizet használ fel. A vízfogyasztás tulajdonképpen a vízhasználók által, egységnyi idôtartam alatt elfogyasztott víz mennyisége. Ez naponta és az év folyamán, az egyes évszakokban az igények változásának magfelelôen jelentôs mértékben változik. A britek London ellátására a Temze és a környékén fúrt mély kutakból nyerhetô vizet használják fel. 1996-ra megépült a 80 km hosszú és 2,5 m széles földalatti csôvezeték, ami a város felét ellátja vízzel. A rajta áthaladó vizet, tisztító- és szivattyútelepekre vezetik, ahol szûrôkön kiszûrik belôle a nagyobb szemcséjû hordalékokat, majd szivattyúk segítségével átemelik a tározóba. Itt a víz nem mozog, így a maradék hordalék leülepszik az aljára és az oxigén gáztalanítja a többi vegyi és szerves anyagot. További szûréseket a derítôkben végzik. A legáltalánosabb eljárás a homokrétegeken való kétszeres átszûrés. Elôször egy durvább, majd egy finomabb szemcséjû homokrétegen engedik át. Ezek után sor kerül a víz klórozására, utolsó simításként eltávolítják a klór kellemetlen ízét. Ha ezen eljárásokkal végeztek, nincs más dolguk, mint a felszínre továbbítani azonnali felhasználásra, vagy eltárolni tartályokba vagy úgynevezett hidroglóbuszokba. Másik utánpótlási lehetôség a tengerek vizének sótalanításával lehetséges. Az egyik sókivonó eljárás már az idôszámítás elôtti 4. századtól ismerték. Arisztotelész megállapította, hogy a felforralt vízbôl kiváló pára maga után hagyja a sót és e nedvesség lecsapódása után a gôzbôl nyert víz már sómentes. A legegyszerûbb ilyen berendezés a lepárló. Egyszerû napenergiával mûködô lepárlót lehet kialakítani, ha egy sós vízzel teli medence fölé, egy üvegkupolát emelnek. A víz a napsugarak hatására felmelegszik, elpárolog, majd lecsapódik az üvegen, s lefut annak oldalán, a kupola peremén kiképzett vízelvezetô csatornákba. Egy 1 m2-eslepárló naponta hozzávetôleg 5 l tiszta vizet ad. Ahhoz, hogy megfelelô mennyiségû víz keletkezzen, ennél jóval nagyobb lepárlóra van szükség. A vizet elôször atmoszferikus forráspontja fölé hevítik, de nem forr fel, mert a hevítés nyomás alatt álló zárt térben történik. A víz innen egy másik, kisebb nyomású
46 kamrába folyik, ahol egy része rögtön elpárolog. A keletkezett gôz, érintkezésbe lép a beáramló hideg tengervizet tartalmazó csôrendszerrel, és lecsapódik. Az elsô kamrában el nem párolgó forró tengervíz egy kissé alacsonyabb nyomású kamrába folyik, ahol villanásszerûen további mennyiség párolog el, s a gôz ismét lecsapódik. Modernebb sókivonó eljárás az úgynevezett fordított ozmózis, amely költségesebb, de hatékonyabb, mint az egyensúlyi desztilláció. Mûanyagból készült hártyafalakon olyan parányi lyukacskák vannak, amelyeken a vízmolekulák átférnek, de a sót visszatartják. A csô alakú hártyafalak közé nyomás alatt vezetik be a tengervizet. A sótalanítot víz a csô külsô falán cseppekben jelenik meg. A világ egyik legnagyobb, fordított ozmózis elvén mûködô sóelpárló telepét Bahreinben építették. Ott napi 54 millió l édesvizet állítanak elô. Manapság már nem csak a gyárakban alkalmaznak fordított ozmózis elvén mûködô berendezéseket. Könnyedén be lehet szerezni, így mindig tiszta és friss vizet ihatunk otthon. Az általa megszûrt vízben nem található baktérium, vírus, vegyi anyagok, szerek, szennyezôdések, sôt radioaktív elemek sem. Hasznos szervezetünknek is, mert nem tartalmaz ásványi anyagot, így a legtöbb eltávolítandó salakanyagot, méreganyagot tudja felvenni és kiüríteni szervezetünkbôl. Sok szabad elektront és protont tartalmaz, elôsegítve a sejtek elektromágneses mûködésének körülményeit. Ha táborozni megyünk, vagy csak biztosak akarunk lenni abban, hogy tiszta vizet iszunk, egy egyszerû technikával biztos tiszta vizet kapunk. Szûrjük át a vizet, egy zokni segítségével. A tiszta zokni aljára töltsünk 2-3 cm finom sódert, ôrölt faszenet és homokot. Csurgassuk a vizet a zoknin keresztül egy tálba, majd legalább 5 percig forraljuk, hogy biztonságosan iható legyen. A szabadban is alkalmazhatjuk a lepárlás technikáját. Ássunk egy napsütötte helyre egy 1 m átmérôjû és 0,5 m mély gödröt. A közepébe helyezzünk egy vödröt vagy edényt. Az ásás után várjunk körülbelül fél órát, hogy a talaj újratelítôdjön vízzel. Ezután egy tiszta mûanyag fóliát tegyünk a lyuk fölé, és rögzítsük földdel, vagy kövekkel. Utána tegyünk egy követ a fólia közepére, hogy a legalacsonyabb pontja a tál fölött legyen. Másnap körülbelül 0,5-1,5 l vizet kapunk a hôingástól függôen. A vízellátásban fontos szerephez jut a rendelkezésre álló vízkészlet. Ez a tér meghatározott részében, adott idôpontban található vízmennyiséget jelenti. Ez idôben és helyen egyaránt változhat. Megkülönböztetnek felszíni, felszín alatti, természetes és befolyásolt vízkészletet. Különbséget tesznek átfolyó és saját készlet között, aszerint, hogy a lefolyás honnan származik. Túlzott vagy egyoldalú kihasználása és a talajvizek nagyarányú szennyezése a vízkészlet károsodásához vezethet (hazai hévforrásaink vizének elpárolgása vagy hômérsékletének csökkenése). A vízszennyezés csak részben származik a vízfelületek, víztömegek közvetlen szennyezésébôl. Számtalan szennyezô anyag más forrásból, például a légkörbôl vagy a talajból jut a vizekbe. A tengerekbe,
47 folyókba jutó szennyezôdés fokozatosan csökkenti a vizek természetes öntisztulási képességét. Fôként nitritek, nitrátok, foszfátok, olaj, PCB és DDT okozza a legnagyobb kárt mind a természetben, mind az emberben. A nitritek és nitrátok fô forrásai a nitrogén alapú mûtrágyák, az állattartó telepek és a kommunális szennyvizek. A talajba került nitrogénvegyületeket a talajbaktériumok, vagyis a nitrifikálóbaktériumok átalakítják nitritekké és nitrátokká. Nagy mennyiségben károsak, fôleg a vízben oldva a csecsemôkre nézve. Náluk még a szervezetük nem képes semlegesíteni, így oxigénhiány miatt megfulladnak. Sajnos sok kismama nem tudja, hogy rosszat tesz akkor, ha a nitrátos vizet elkezdi forralni. Ugyanis a nitrát nem távozik el az oldatból, de a víz elpárolgása miatt a koncentrációja is megnô. Az ivóvízminôségû víz nitrát tartalmának felsô határa 45-50 milligramm/liter. A foszfát elsôsorban a felszíni vizekben feldúsuló, fôleg foszfortartalmú mûtrágyákból és mosószerekbôl származó szennyezôdés. Az eutrofizáció leggyakoribb okozója. Ilyenkor túl sok lesz a vízben a szerves anyag. A több tápanyagon több növény fejlôdik, így a víz elmocsarasodik. A hirtelen elszaporodott sok növény pusztulása után a baktériumok már nem tudják lebontani a rengeteg korhadt növényt, majd azok bomlása, rothadása oxigén szegénnyé teszi a vizet. Az olaj a víznél kisebb fajsúlya miatt folyók, tavak és tengerek felszínét ellepô szennyezôdésként jelentkezik. Fô forrása a tengeri kôolaj kitermelôk és tankhajók. Az olaj is elzárja a levegôt a víztôl, így itt is oxigén hiány lép fel. A betûszavak a mezôgazdaságokban használatos növényvédô szereket takarják. Nehezen lebomló vegyszerek, amelyek a tengerben lerakódva terjednek el a táplálék láncon keresztül. Észak-Amerikában, Európában az 1980-as évek elején megtiltották használatukat, a harmadik világban azonban még ma is alkalmazzák, tovább szennyezve a trópusi tengerek élôvilágát. A felszín alatti vizek szennyezôdése két szempontból veszélyes. Egyrészt nincs szem elôtt, ezért elfeledkezünk róla. Másrészt a felszín alatti vizek nem érintkeznek a levegôvel és nincs öntisztulásuk, mert a szerves szennyezôdések lebontásához oxigénre van szükség. A felszínrôl beszivárgó káros anyagok elsôsorban a talajvizeket károsítják. Legnagyobb veszélyben a réteg- és karsztvizek vannak veszélyeztetve. A rétegvizek az ivóvíz utánpótlását biztosítja a talajvíz helyett. Nagyon lassú a rétegvizek szennyezôdése. Azt is mondhatnánk, hogy a ma bevitt szennyezôdéssel a következô évszázadok artézi vizeit károsítjuk meg. A karsztvizeket a természetes vízutánpótlásuk mértékét meghaladó kiszivattyúzás sodorja veszélybe, mint hazánkban a Dunántúli-középhegység területén. Itt is látszik, hogy fontos mit, mikor, és hogyan tesznek víz ihatóvá tételéért. Lényeges momentum a víz és a szennyvíz analízise. Olyan vizsgálati módszerek, ame-
48
49
lyek alkalmazásával e vizek fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai határozhatóak meg. Az analízis eredményeként rendelkezésre álló adatok a vízminôséget jelzik, amelynek ismeretében megítélhetô, hogy az adott víz közvetlenül mire használható, milyen kezelést igényel, ha adott célra használni kívánjuk, illetve milyen tisztítás szükséges az adott szennyvíznek, hogy a környezetben minimális vízminôség-változást okozva elhelyezhessék. Az analízis során alkalmazott vizsgálati módszereket általában elôírások, szabályok rögzítik. A vízanalízis fizikai (íz, illat, szín), kémiai (adott komponensek koncentrációja, csoportparaméterek, vezetô képesség, összetétel) és biológiai (csíraszám, szaprobitás toxicitás) vizsgálatokra terjed ki. Az analitikával meg tudják állapítani, hogy milyen kemény a víz. Már említettem egy-két dolgot róla. Magnézium és kalcium-ionok okozzák, és egyes háztartási gépeknél törekednünk kell a minél lágyabb víz használatára. A természetes vizek is tartalmaznak több-kevesebb oldott anyagot. Ezek az oldatok okozzák a fúrt kutak jó ízét. A kemény vízbôl melegítés hatására kicsapódik a kalcium-karbonát (CaCO3). Ca(HCO3)2
CaCO3 + CO2 + H2O
Ezért a házban használatos vízmelegítô készülékeknél (bojler, kávéfôzô, mosógép) fenn áll a vízkövesedés veszélye. A mosógép vízmelegítô csövére rakódik le fôként, ezzel rontva a melegítô képességét, egy idô után lepattog, eltömíti a gépben a víz járatát, a morzsalék szennyezi a ruhákat. A kemény vízben nem csak kalciumhidrogén-karbonát fordul elô, hanem a többi, vízben oldható kalcium- és magnéziumvegyület (-klorid, -szulfát, -nitrát) is. Különösen az ipari felhasználás elôtt a vízbôl el kell távolítani e két ion teljes mennyiségét. Ezt a folyamatot nevezik vízlágyításnak. A vízben oldott kalciumsók legegyszerûbb és legolcsóbb módja, ha vízben oldhatatlan vegyületté, például kalcium-karbonáttá alakítjuk ôket, amely kicsapódik az oldatból. CaCl2 + Na2CO3
CaCO3 + 2 NaCl
A csapadékos lágyítás, bár kémiai eljárás, a hazai vizekre kevésbé veszélyes, mint a nátrium csere. A legtökéletesebb vízlágyítást az úgynevezett ioncserélô eljárással lehet elérni. A szilikátok alkalmasak arra, hogy a térhálós szerkezetükbe nátriumok épüljenek be. Ha egy ilyen szilikátoszlopon kemény vizet engedünk át, megtörténik az ioncsere: a nátriumok az oldatba kerülnek és helyükre kalciumionok, illetve magnéziumionok épülnek be. A kemény víz ionjait hidrogénionokra, illetve hidroxidionokra cseréljük, akkor teljesen ionmentes, desztillált vizet kapunk. Az ioncserélô regenerálása nátrium-kloriddal történik, s a regenerátum, ha a környezeti vizekbe kerül, növeli a víz kloridion koncentrációját, míg csapadékos lágyításnál használt mész (Ca(OH)2) a
regenerátumnál kisebb mennyiségben kerülhet, másrészt a keletkezett csapadék (nagyrészt CaCO3)a hazai vizek fô alkotója. Ugyancsak kitûnô vízlágyítószer a trisó (nátrium-foszfát Na3PO4) is, amely a vízkeménységet okozó ionokat (Ca2+, Mg2+) vízben oldhatatlan kalcium-foszfát, illetve magnézium-foszfát formájában leválasztja az oldatból. A kalcium-foszfát még kevésbé oldódik vízben, mint a kalcium-karbonát, ezért a karbonátos lágyítás után trisóval a maradék kalciumion is kicsapatható a vízbôl. 3 CaSO4 + 2 Na3PO4
Ca3(PO4)2 + 3 Na2SO4
Ha durvább vagy nagyobb szemcséjû a kicsapódás, leszûrés elôtt érdemes egy keveset várni, hogy a nagyja az edényben vagy éppenséggel a tartály alján maradjon. Az ülepítés után nem kell az összes kicsapódó anyagot leszûrnünk, így a szûrôk is tovább jók lesznek. Az analízis hozzájárul a vízelôkészítéshez. Alapvetô adatokat szolgáltat a vízmennyiség és -minôség idôbeni változásáról. Az elôkészítésnél szüksége figyelembe venni a felhasználásra vonatkozó követelményeket. Ezek határozzák meg a technológiai feladatot, a hozzá szükséges berendezések paramétereit, a gazdasági értékelést, a beruházás és az üzemelés költségeit. A minôségi követelmények például az ivó és ipari vízellátásnál az úszó és durva szennyezôdések eltávolítása (rácsok, elôtelepítôk, kémiai tisztítás és utóülepítés), ivóvizeknél ezenfelül, a mikroorganizmusok, a szerves anyagok eltávolítása, vas-, mangán- és nitrát mentesítés. A vízben lévô patogén (káros) mikroorganizmusok eltávolítására fôként fertôtlenítô szereket használnak. A fertôtlenítés történhet fizikai elven vagy vegyszeradagolással (fertôtlenítés, klórozás, ozonizálás, Katidin-eljárás) is. A fertôtlenítés hatékonysága függ a behatás minôségétôl (szabad vagy kötött aktív klór, UV-sugárzás), erôsségtôl (vegyszer koncentráció) és a tényleges behatási idôtôl. A másik vízfajta, amivel ebben a dolgozatban érintek, az ásványvizek. Ez olyan természetes eredetû, felszín alatti vízadó rétegbôl származó vizek, amelyek oldott anyag tartalom, azok koncentrációja és felhasználási területe (külsô vagy belsô) alapján lehetnek természetes ásványvizek és gyógyvizek. Az emberi életmûködés szempontjából hasznos ásványvizek – az ember számára kedvezô összetételû, és mennyiségû ásványi anyagokat, makro- és mikroelemeket tartalmaznak. Kedvezô összetétele, jó íze és kiváló szomjoltó tulajdonsága mellett igen nagy elônye más italokkal szemben az is, hogy energiamentes. Minden víz, ami a természetben van, tartalmaz oldott anyagokat. Legtöbbet az ásványvizek, legkevesebbet a gleccserek és az esôvíz. A víz fontos minôségi jellemzôje a felszín alatt töltött idô, ami alatt fokozatosan felveszi annak kémiai tulajdonságait. Az ásványvizek több száz, több ezer, sôt akár
50 több millió évet is eltölthetnek a Föld mélyében. Az ásványvizek különbözô sók oldatai. Amikor a sók már oldott állapotban vannak, már nem lehet tudni melyik a pozitív és melyik a negatívion volt abban a kôzetben, amelyen a víz áthaladt. (Az ásványvizek ionösszetételét a címkén is feltüntetik.) A természetes ásványvíz eredeti állapotban emberi fogyasztásra szánt, védett vízzáró rétegbôl származó, palackozott víz, amely a biológiai vízigény kielégítésére a legalkalmasabb. A természetes ásványvíz oldott ásványanyag-tartalma legalább 1000 mg/liter vagy 500-1000 mg/l között van, de kevesebb, mint 6000 mg/l. Az 500-1000 mg/l oldott ásványanyag-tartalom esetén az egyes összetevôkre minimum határértékek vonatkoznak (kalcium, magnézium, fluor…). A talajok oldható só készlete rendszerint csekély. A sók felhalmozódása oldhatóságukkal ellentétes sorrendben történik. Eszerint heghígabb só koncentrációtól haladva a töményebb felé, a talaj folyadék fázisa elôször a szilikátokra, egyes vas- és alumíniumvegyületekre, majd a sókészlet további növekedésével a kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonátokra válik telítetté, s kezdenek azok kalcium- és magnéziumkarbonát alakjában kiválni. A talajoldat jóval nagyobb töménységénél válik telítetté kalcium-szulfátra, míg magnézium-szulfátra és a nátrium sókra a talajoldat telítettsége csak igen nagy töménységnél következik be. A folyadékfázis töménysége tehát annak kémiai összetételére is utal. A sós talajok, szikes talajok felszínén a vízben oldható sók úgynevezett sókivirágzás formájában válnak ki. Ott, ahol a talaj vízáteresztése kedvezô, a helyszínen keletkezett vagy a környezetbôl odaszállított sók eltávozhatnak, kilúgozódhatnak a talaj szelvényeibôl. Az élelmiszerek egy speciális, eredetében és minôségében garantált fajtája a palackozott ásványvíz. Csak a származási ország illetékes hatósága (Magyarországon a Országos Tisztifôorvosi Hivatal Országos Gyógyhelyi és Gyógyfürdôügyi Fôigazgatóság) által hivatalosan is igazolt kémiai összetételû, mikrobiológiai tisztaságú és minôségû ásványvíz palackozható. Ez a hatóság engedélyezi a "természetes ásványvíz" megjelölés használatát a címkén, ami tanúsítja a termék értékes ásványianyag-tartalmát és különleges táplálkozásfiziológiai értékét. A rendszeres, hivatalos ellenôrzések mellett a palackozó vállalatok saját kémiai és mikrobiológiai laboratóriumaiban folytatott folyamatos ellenôrzések is biztosítják a minôség állandóságát. A természetes ásványvizeket eredeti tisztaságuk és kémiai összetételük megôrzése érdekében közvetlenül a vízkivételi helyen palackozzák. Mesterségesen állítják elô az ásványi anyagokkal dúsított vizeket is. Ezeket úgy készítik, hogy az ivóvizet különbözô technológiával tisztítják, majd engedélyezett anyagokkal és legtöbbször szén-dioxiddal dúsítják. Sajnálatos, hogy csomagolásuk és szénsav tartalmuk miatt ezeket a vizeket a fogyasztók gyakran összetévesztik az ásványvízzel, jóllehet hogy címkéjükön a megfelelô megnevezés szerepel. Az utóbbi idôben elterjedt a csökkentett szénsavtartalmú, valamint az úgynevezett csendes vizek
51 fogyasztása is. Az ásványvizeket többféle csoportba lehet sorolni. Nagy földalatti vízkészlettel rendelkezik, rendkívül gazdag ásvány- és gyógy-vizekben. Ezek a vizek sok – egyes összetevôikben élettanilag kedvezô – ásványanyagot tartalmaznak. Az egyik legismertebb a balneológiai osztályzás, amelyet Papp Szilárd dolgozott ki. Elve szerint 10-féle csoportba sorolhatóak: 1. egyszerû természetes vizek 2. egyszerû savas vizek (savanyú vizek) 3. kalcium-magnézium-hidrokarbonátos vizek 4. alkáli-hidrokarbonátos (alkalikus) vizek 5. szulfátos (glaubersós, keserûsós) víz 6. konyhasós vizek 7. jódos-bóros vizek 8. vasas vizek 9. kénes vizek 10. radioaktív vizek. A természetes vizek, amelyek jelentéktelen mennyiségû oldott sókat tartalmaznak, gyógyászati jelentôségük van. Karbonátokat és sok CO2-t tartalmazó források a savanyúvizek (borvizek), a NaCl-ban bôvelkedôk a sós források, kénes vegyületeket (H2S, szulfátok) tartalmaznak a kénes források. A keserûvíz jelentôs MgSO4 tartalmú forrás, a glaubersós ásványvizek fô alkotórésze az Na2SO4 és NaHCO3. A vasas vizek sok vasas vegyületet, a meszes vizek fôleg NaHCO3-t tartalmaznak. A rádiumos források leggyakrabban radont tartalmaznak. (A 20o források a termálvizek.) Hazánk rendkívül gazdag ásványvizekben. Ásványvízkészletünket a felszíni vízszennyezés, a karsztvízszint-süllyedés és a bányászati mélymûvelés veszélyezteti. A Kárpát-medence különleges adottsága, hogy a földkéreg üledékes kôzettömegét és az abba zárt vízkészletet a hô nagyobb mértékben járja át, mint a Föld egyéb területein, ennek következtében sok a hévíz lelôhely, és az ásványvizek viszonylag sok ásványianyagot tartalmaznak. Magyarországon jelenleg közel 80 kút és forrás szolgáltat elismert, természetes ásványvizet, amelyek közül 21 vizét palackozzák. A nagy ásványvíz-fogyasztó nemzetekhez képest a magyarok egyelôre még kevés ásványvizet isznak; 1998-ban az egy fôre jutó magyar ásványvíz-fogyasztás 22,7 liter volt. A 80-as évek rendkívül alacsony és nagyjából állandó fogyasztási értékeihez képest az utóbbi években Magyarországon az ásványvíz-fogyasztás jelentôsen növekedett. A fejlôdés az 1990-es évek elején kezdôdött. Többféle palackozott vizet kaphatunk a botokban szükségleteink kielégítésére. Van olyan, ami:
52
53 „Apám es eszt itta, méges 98 évig élt”
kalcium-magnézium-hidrogénkarbonátos ásványvíz és vastalanítva van; rendkívül alacsony nátriumtartalommal, csak 0,0004 százalékkal rendelke-
zik, és tartalmazza, a megfelelô mennyiségû ásványi anyagokat;
A GYERGYÓ-I ÉS CSÍK-I MEDENCE BORVÍZFORRÁSAINAK TANULMÁNYOZÁSA
ásványi anyagokkal dúsított; fluoridos és kalciumos (jelentôs fluorid-tartalommal); szulfátos ásványvíz.
A magyarok jobban kedvelik a szénsavas ásványvizet, mint a szénsavmenteset; 1998-ban a szénsavmentes ásványvizek fogyasztása csak mintegy 10 %-a volt a szénsavas ásványvizekének. A hazai palackozott vizek döntô többsége ásványvíz, ezen kívül palackozott gyógyvíz és ivóvíz van forgalomban, jelenleg a „forrásvíz” még nem elterjedt termék. A gyógyvizek bizonyítottan gyógyító hatású felszín alatti, védett vízadó rétegbôl származó vizek, amelyek oldott ásványianyag-tartalmuk összetétele, koncentrációjuk, illetve hôfokuk szerint külön gyógyhatásokat fejtenek ki. A természetben elôforduló gyógyvizek általában nem alkalmasak az emberi szervezet biológiai vízigényének kielégítésére. A gyógyvízhasznosítás a víz jellegétôl és a terápia céljától függôen alapvetôen kétféle lehet. Ivókúraként a tápcsatorna betegségére vagy rendellenes mûködésére hat. Fürdôkúra formájában bôrbetegségekre, reumatikus panaszokra, stb. hatásos. Gyakran magas a Na+ koncentrációja, ezért közvetlenül öntözésre használni és élô vizekbe engedni nem lehet. Leghíresebb magyar üdülôhely van Balatonfüreden, Budapesten, Hévízen, Harkányban, Zalakaroson, Gyulán, Hajdúszoboszlón és Parádon is. Az egyik magyar tudós, aki az ivó és ásványvizekkel tüzetesebben foglalkozott, nem más, mint Balló Mátyás. Liptószentmiklóson született 1844-ben és 1930-ban meghalt. Vegyészmérnöki találmányait Budapesten és Zürichben végezte. Hazatérve a Mûszaki Egyetemen dolgozott, majd a Fôvárosi Vegyészeti Hivatal, késôbb pedig a Székesfôvárosi Vegyészeti és Tápszervizsgáló Intézet igazgatója lett. Analitikai és szerves kérdésekkel foglalkozott. Vizsgálta még a levegô szén-dioxid tartalmát és behatóan tanulmányozta a naftalinszármazékok sajátosságait. 1870-ben jelent meg „A naftalin és származékai…”, 1875-ben „Az elemi vegytan” címû könyve.
Borsos Lehel László „Venczel József” Faipari Szakközépiskola, Csíkszereda Vezetôtanár: Bálint Gabriella RÖVIDEN A BORVÍZRÔL A Kárpát medence rendkívül gazdag ásványvizekben. Azt is mondhatjuk, hogy Erdély az ásványvizek országa. Szénsavas ásványvizeket, hévizeket messzi földön ismert gyógyvizeket rejteget a föld. S ha mindezekhez hozzászámítjuk a gyógyiszapú sokféleséget és a természetes gázkiömléseket egységes egészként tárul elénk az ország természetes javainak és gyógytényezôinek összessége melyre az ásványvíz és a szénsavas palackozóipar, a balneológia és a turisztika alapozhat a jövôben. Tanulmányunkban elemzés alá helyeztünk néhány olyan gyergyói és csíki borvízkút vizét, amely nem kerül palackozásra. Összetétel vizsgálat során minôségi szempontból próbáltunk következtetéseket fogalmazni. A borvízben található ionok kimutatása lehetôséget bíztosít, hogy a talajban levô ásványi sók milyenségét meghatározhassuk, továbbá az ásványvíz potabilitásának megállapítása összehasonlítva a standard megengedett értékekkel. Próbáltunk adatainból fényt deríteni a források vizeinek milyenségére, gyógyító hatására, ha a szervezetre káros komponenseket tartalmaz, azok mibôl adódnak, vagy adódtak. Székelyföldön az ásványvizet borvízként emlegetik, mert savanyú ízûek és bor mellé használták. Az ásványvíz napjainkban már alig nélkülözhetô napi szükséglet. Az ivókúrán és a gyógyfürdôkön alapuló terápia, pedig legdrágább kincsünk, az egészség megôrzését, a betegek gyógyítását, a dolgozni vágyó ember munkaerejének visszanyerését bíztosítja. Ezért növekszik mindinkább az ásványvizek jelentôsége. A természetben minden víz tartalmaz oldott ásványi anyagokat a folyók, tavak, tengerek vize is, mégsem nevezzük ásványvíznek. Ebbôl következik, hogy az ásványvíz meghatározásnál az oldott ásványi anyagok mennyisége és minôsége a döntô tényezô. Csak azokat a vizeket sorolhatjuk az ásványvizek közé amelyek oldott ásványianyag
54
55
tartalmuk vagy bizonyos fizikai jellemvonásuk alapján balneológiai kezelésre használhatóak, vagy amely az ipar számára nyersanyagot szolgáltatnak. Ilyen értelmezésben az ásványvizek közé sorolhatjuk a mélybôl feltörô magas hômérsékletû termálvizeket is, amelyeknek gyógyászati jelentôségük van, bár kevés oldott ásványi anyagot tartalmaznak, valamint azokat a forrásvizeket amelyeknek összásványisó tartalmuk ugyan jóval az 1g/l érték alatt marad, de élettani szempontból fontos oldott anyagokat tartalmaznak (oligominerális vizek), tehát balneológiai jelentôségük nagy. A fentiek alapján elmondhatjuk, hogy az ásványvizek természetes felszín alatti vagy felszín feletti szárazföldi vizek, amelyekben az oldott ásványianyag tartalom általában több mint 1g/l, vagy ha az kevesebb, akkor valamilyen élettani szempontból fontos kémiai elemet bizonyos határértéknél nagyobb mennyiségben tartalmaznak, vagy a hômérsékletük nagyobb az illetô terület évi középhômérsékleténél, s e miatt gyógyászati és ipari célokra jól felhasználhatóak. A vizeket tehát speciális fizikai és vegyi tulajdonságaik, valamint gyógyhatásuk alalpján minôsítjük ásványvizeknek. Fontos tudni, hogy az ásványvizek – az emberi életmûködés szempontjából lehetnek – hasznosak (ezen belül gyógyhatásúak) és károsak. Hasznosnak mondjuk azt az ásványvizet, amely természetes, eredeténél fogva tiszta és ásványilag összetétele alapján az ember számára szükséges makro- és mikroelemekkel kedvezô összetételében rendelkezik, valamint azokat, amelyeknek gyógyhatása is lehet. Károsak azok az ásványvizek, amelyek olyan anyagokat is tartalmaznak, amelyekben egyik-másik, egyébként fontos elemekbôl a kívánatosnál lényegesebben több van a vízben.
A KELETI KÁRPÁTOK ÁSVÁNYVIZEI A keleti-kárpátokban négy hidrogeológiai övezetet különíthetünk el: 1. szubkárpáti övezet 2. kárpáti homokküvek övezet 3. vulkáni vonulat 4. utóvulkáni müködések hatósugarának övezete Kutatócsoportunk a vulkáni vonulat ásványvizeit vizsgálta.
A VULKÁNI VONULAT ÁSVÁNYVIZEI A keleti-kárpátok nyugati peremén húzódik a neogen köri vulkáni hegyvonulat. Bár az aktív vulkánosság korszaka rég lezárult, a mélyben lassn kihûlô vulkáni „tûzhelyekbôl” még mai is nagy mennyiségû utóvulkáni gázok törnek fel. Ezek a gázak a vulkáni vonulatot és a környezô területeket felépítô kôzetrétegek
repedései mentén emelkednek a felszínre, keverednek a kismélységi, felszín alatti vizekkel, s részben oldódnak bennük. Így keletkezik ezen a területen az ásványvíz sajátos típusa a „borvíz”. Románia legfontosabb ásványvízkészleteit éppen ezek a nagy változatosságban feltörô szénsavas vizek alkotják. A keleti-kárpátok vulkáni vonulata két részre tagolódik: az északi (Avas, Gutin, Cibles) és a déli övezetre (Kelemen havasok, Görgényi havasok, Hargita hegység). A Bélbori -medence a kelemen havasok vulkáni és a Besztercei - havasok kristályos hegytömege között a Kis - beszterce forrásvidékén fekszik. Az ásványvizek a medence talpazatának kristályos kôzetei közé ékelôdô kristályos mészkövekbôl erednek. Az idôk során ezek a források vastag mésztufa rétegeket raktak le. Mintegy 20 földes-meszes borvízforrást tartanak számon a medencében, ezek vizének összmineralizációja2.3 - 7.1g/l, szabad CO2 tartalma pedig 2,5g/l. A borvízfeltörések körül több helyen borvizes tôzegláp alakult ki. A Gyergyói - havasokban, a Borpatak mentén terül és az ásványvizeirôl méltán híres Borszéki - medence. Mivel ezek a vizek kristályos dolomitos mészkövek repedésein keresztül törnek a felszínre. A vulkanikus eredetû Görgényi - havasokat és a kristályos kôzetekbôl felépült Gyergyói havasokat a gyergyói medence választja el egymástól. Itt a borvízfeltörések és mofetták a medence hosztengelyében folyó Maros mentén sorakoznak. Ugyancsak egy folyó mentén terülnek el a csíki medence borvízforrásai de már az Olt folyó mentén. E vonal mentén nemcsak elszigetelt források jelenek meg, hanem olyan összefüggô övezetek is ismertek, ahol minden kút borvizes, s ahol a fôleg Ca-, Mg-, HCO3 tartalmú, földes meszes szénsavas víz mindenütt feltárható. A források ásványianyyag tartalma 2, - 3,8g/l, CO2 tartalma pedig 1,5 - 1,8g/l.
56 A GERGYÓ-I ÉS CSÍK-I ÁSVÁNYVIZEK KELETKEZÉSE ÉS ÖSSZETÉTELE A Gyergyó-i medencét nagy kiterejdésû lesülyedt területnek tekintjük a legfeljebb 1500 m magas Gyergyó-i havasok (keleten) és a legfeljebb 1700 m magasságú Görgény-i (nyugaton) között. A medence síksága 730 és 800 m közötti magasságon fekszik, legalacsonyabb része a Maros árterületén van. A hegyi övezetbe történô átmenet fokozatosan egymásba olvadó, nagymértékû hordalékkupok közvetítésével megy végbe. Ezek a medence szélei felé széles hegylábi síkot (glacis) képeznek mely a Maros teraszait majdnem teljesen befedi. Ez az erôteljes sülyedéses terület a Keleti-kárpátok kristályos tömbje (keleten), valamint a fiatal, kitöréses Kelemenhavas és Görgényi havasok vonulata között (nyugaton) alakult ki. A Gyergyó-i medencében végzett víz-földtani kutatások megállapították, hogy a Maros vonala mentén majdnem megszakítás nélkül a CO2 természetes feltörése. Ezen a vonalon gyakoriak az ásványvíz források, mert CO2 oldódik fel a talajvízrétegben és ásványvízzé alakítja azt. Valójában ezen a részen egyes ásványvíz feltöréseken kívül jelentkeznek mofettás mûködések is. Gyergyóalfalunál, Remeténél, Csomafalvánál, Gyergyóújfalunál, Marostizesénél, Vasláb határában és a Maros mederében és száraz gázfeltörések formájában számos ház pincéjében Csomafalván. A szénsavas-ásványos talajvíz réteg remeténél a Maros hosszában kb 1 km sávon alakult ki. Ebben a körzetben, a Maros teljes hosszában a mederben erôteljes szabad CO2 fortyogók mutatkoznak. Gyergyóvárhegyen, a folyó árterületén ugyanezt a szénsavs-ásványos talajvíz réteget találták meg két ásott kútban. A másik körzet, ahol a talajvíz réteg CO2 -vel átitatódott, Csomafalván, a Marostól balra található. Csomafalván lakók udvarain sok 6-8 m mélységig ásott kútban ez a víz gyûl össze. A szénsavas, ásványos talajvíz körzete 1 km2 -nél nagyobb területet foglal el. A CO2 jelenlétét elárulják a Maros vizében észrevehetô fortyogók is. A remetei, csomafalvi és marosfalvi feltörésekkel kapcsolatban végzett elemzések bikarbonát, kálcium, magnézium tartalmú, szénsavas vizek jelenlétét mutatták ki. Kivételt ez alól a Kovács Vilmos csomafalvi lakos udvarán lévô kútnál végzett vegyelemzés mutatott ki, ez esetben az ásványvíz enyhén sós. A Gyergyó-i medencében végzett vegyelemzés során az össz-áványanyatalom 0,41g/l (a marosfalvi forrásnál a csomafalvi Domokos és Boros-féle kútak), 1,1 g/l ( csomafalvi Kovács -kútnál) és 1,5-1,6 g/l ( remetei fürdônél és a faluban) .
57 A szabad szénsav töménysége 0,7 a csomafalvi Boros - kútnál, 0,8 a marosfalvi kutaknál és a csomafalvi kovács kútnál, 1,0 az ugyanazon helységbeli Domokos - kútnál. Legmagasabb értéket a remetei kútnál találtak, ahol a CO2 meghaladta az 1,7 g/l-t. A Felcsík-i medence ásványvizei a csíkszeredai övezet ásványvizeinek révén ismertek. Majdnem kivétel nélkül szénsavas, vasas vizek literenként 1g-nál kisseb CO2 töménységgel. Vegyi szempontból a vizek amelyek a triasz-kori dolomitokkal érintkeznek, bikarbonát és magnézium tartalmuak Az alcsíki medencében megkülönböztetünk egy központi vonalat amely a medence közepén az Olt mentén sorakozó forrásokat, egy nyugati vonalat amely a Hargitából levezetô völgyekben található források alkotnak és egy keleti vonalat Ezeknek az ásványvizeknek az összetételében megjelenik a kén.
KUTATÁSAINK EREDMÉNYEI A gyergyói és Csíki borvízforrások vizei nem csak napi fogyasztásra alkalmasak hanem gyógyhatásuk is messziföldön ismert. Kisérleteink során a különbözö ásványvizek NO2- tartamát Mérik gyorsteszttel, pH -t digitális pH mérôvel, a CO2-t NaOHal való titrálással fenolftalein jelenlétében, a keménységet komplexometriás titrálással, a szerves anyag tartalom kimutatását KMnO -os módszerrel, a Cl- ionokat Merck 4
gyorsteszttel határoztuk meg. Nézzük röviden néhány település borvízforrásainak kémiai összetételét és gyógyjavallatát:
Csíkszentimrei büdösfürdô gyógyjavallatai: A Dél-Hargita egyetlen hegyi üdülõtelepe. Csíkszentkirályról közelíthetõ meg makadám úton (14 km.). Nagy bõséggel áradó széndioxidos-kénes gázömlései gyógyhatásukat tekintve messze túlszárnyalják hasonló társaikat. (Csak a Torjai Büdösbarlang tesz túl rajta!) Itt találhatók a Hargita legerõsebb, 99 % széndioxid tartalmú mofettái. Ennek ellenére a gyógyfürdõ az eltelt 12 évben visszafejlõdött. Két mofettája és borvízkútja még használható. Hat kádas melegfürdõjét meg sem lehet közelíteni a köréje gyûlt borvizes tó miatt! Pedig az eltelt 230 év alatt sok ezer mozgásképtelen, ízületi és reumás betegnek, érszûkületesnek adta vissza egészségét. A halodó fürdõtelep infrastruktúrája teljes mértékben hiányzik. Szállás csak magánvillákban kapható, nyáron ABC élelmiszerbolt és sörözõ tart nyitva. Sokat rontott vadregényes küllemén az 1970-80 között mûködtetett higanybánya is. Zsögödfürdõvel a kék keresztes turistaösvény köti össze, de áthalad rajta a Hargita gerincösvénye is.
58
59
A Bánya- és Vermed- patak forrásvidékén két kisebb borvizes-mofettás ingovány van. Botanikai és geológiai védett területek. Növényzetük hasonló a Lucs-tõzegláp növénytakarójához. Eredetileg a Bánya-patak felsõ szakaszán levõ mofettákat használták „kéngôzlônek”. Innen költözött át a telep 1770 körül a mostani Szentimrei Büdösbe. Szentimrén a faluban csak egy forrás található, amit ivóvízként használnak. Büdösfürdôn a kénes gázömlés egy gyéren erdôsített hegyoldalban található. A feltörô gázok vegyi összetétele: 14 - 99% N2 0-79% CO2 H2S 0,41% O2 0-10%
mint a kádas meleg fürdôt. A feltörô ásványvíz gyógyhatása: reumatikus bántalmak, emésztô- és érrendszeri, vese- és idegbántalmak gyógyítására használják.
A feltörô ásványvíz összetétele:
Hargita fürdô
pH CO2 pH eltávozás után
CO2 g/l
Szerves anyag O2-ben mg/l
Keménység od (német fok)
5,23
1,42
8,96
11,99
7,35
NO2mg/l
NO3-0 Clmg/l mg/l
0,001 38,21 89,42
Csíksomlyó A csíksomlyói borvíz („Nagyborvíz”, Somlyai borvíz), a Lok-pataka völgyében, a lakosságkedvelt savanyú ásványvize. A 836 m tszf magasságban tör a felszínre néhany Celsius fokos ásványvízként, erôs vastartalommal.
A csíksomlyói borvíz kémiai összetétele: pH CO2 pH eltávozás után
CO2 Szerves anyag Keménység od g/l O2-ben mg/l (német fok)
NO2- NO3-0 mg/l mg/l
5,26
0,42
0,011 28,21 86,22 68,23
6,75
6,96
12,79
Clmg/l
Fe mg/l
Zsögödfürdô Szénsavas borvize vasat, bikarbonátot, ásványi sókat tartalmaz, hozama 30 liter másodpercenként. Ez a nagy hozamú forrás táplálja a borvíztöltôde mellet a szabadtéri strand 2 medencéjét, vala-
A zsögödfürdôi borvíz összetétele: pH CO2 pH eltávozás után
CO2 g/l
Szerves anyag O2-ben mg/l
Keménység od (német fok)
5,23
1,42
8,96
11,99
7,35
NO2mg/l
NO3-0 Clmg/l mg/l
0,001 38,21 89,42
Csíkszereda legtávolabbi városrésze (22 km) a Csicsói hargita keleti lejtõjén. Habár mofettáit, borvízforrásait 1770-tõl használják, az üdülõtelep nem sokat fejlõdött. Az 1950-ben megnyitott kaolinbánya csak rontott helyzetén. Szabad medencéje, a Vallató a 70-es évek elején ment tönkre. Nyolc kádas meleg fürdõje régen a múlt emléke (1920-1944). Borvízforrásai eliszaposodtak (Szemvíz, Zubogó, Fõ forrás, Magdolna), vagy a bányamûvelés következtében tûntek el. Ma csak kettõt használnak. Két mofettája kéHargitafürdõi mofetták pezi minden fürdõgyógyászati értékét. Gyógyhatásuk a szív- és érrendszeri panaszok, ízületi gyulladás ellen javallott. Mivel Hargitafürdõ a téli sportok csíki központja, több szálloda, vendéglõ áll a látogatók rendelkezésére, mint a Trazmar Szálló, Ózon Hegyi Szálló, Uz Bence Menedékház, Pókát Panzió és mások. Jelzett turistautak csomópontja. Áthalad rajta a Hargita kék csíkos fõgerinc útja, amelyhez a csíkszeredai kék keresztes, a csicsói kék pontos és a kalibáskõi kék háromszöges út társul.
A hargitafürdôi ásványvíz kémiai összetétele
Zsögödfürdõi ásványvízforrás
pH CO2 pH eltávozás után
CO2 g/l
Szerves anyag O2-ben mg/l
Keménység od (német fok)
4,98
2,01
8,25
10,00
6,82
NO2mg/l
NO3-0 Clmg/l mg/l
0,12 42,12 20,4
60
61
Tusnádfürdô 44 borvízforrása közül 6-ot hasznosítanak, melybôl 4-et (Ilona, Mikes, Apor és Stanescu) külsô kezelésre. Ivókúrára: emésztési bántalmak, gyomorsav hiány, krónikus bélbántalmak, máj- és epe-megbetegedések esetén. Fürdôkezelés: érrendszeri bántalmak, perifériás érbántalmak, neurohormonális zavarok, húgyhólyag- és idegTusnádfürdõi ásványvízkút rendszeri megbetegedések gyógyítására alkalmazzák. A források a vasas, nátrium-karbonátos sós és széndioxidos borvizek családjához tartoznak.
Az ásványvív összetétele: pH CO2 pH eltávozás után
CO2 g/l
Szerves anyag O2-ben mg/l
Keménység od (német fok)
5,23
1,42
8,96
11,99
7,35
NO2mg/l
NO3-0 Clmg/l mg/l
0,001 38,21 89,42
Gyergyóremete
gedések, magas vérnyomás, érelmeszesedés, hormon-zavarok, Basedow-kór, a központi idegrendszer mûködési megbetegedései, neuraszténia, fáradtság, kimerültség esetében.
Kémiai összetétel: pH CO2 pH eltávozás után
CO2 g/l
Szerves anyag O2-ben mg/l
Keménység od (német fok)
6,02
1,32
10,00
12,98
7,11
NO2mg/l
NO3-0 Clmg/l mg/l
0,002 42,00 93,21
Maroshévíz A város szomszédságában 650 m-es tengerszint feletti magasságban található a Fenyô forrás, melynek hozama 10 l másodpercenként és hômérséklete 27,5 C, vizét egy nagy medencébe gyûjtik. A város második forrása a központ és a vasútállomás közelében található, melynek összetétele hasonló a Fenyô forráséhoz és vize egy szabadtéri strandot táplál. Hômérséklete 25 C fok és hozama 8 l másodpercenként. Ásványi tartalmuknak köszönhetôen a maroshévízi borvizeket a gyógyászatban külsô és belsô kezelésre is használják. Belsô kezelésben ezek a vizek elsôsorban gyomorbántalmak kezelésére használják. A fürdôt elsôsorban szív- és érrendszeri megbetegedésekre és magas vérnyomásra ajánlják.
Kémiai összetétel:
Gyergyóremete a Brassó-Nagybánya vasútvonalon a ditrói állomáson leszállva, autóval pedig a 12-es országúton, szintén Ditróban nyugatra kanyarodva közelíthetô meg. A falu déli részén, a Maros jobb partján fekszik, 18 km-re Gyergyószentmiklóstól. Borvízfürdôje ma közkedvelt helyi gyógyfürdô, 764 m tszf magasságban. Ivókúrára az akut és krónikus enterocalitis (vékony- és vastagbélgyulladás), hugyutak krónikus gyulladása, epe és húgykô megbetegedések, köszvény, gyomorsav hiány esetében. Külsôleg (fürdôként): szívizom megbete-
pH CO2 pH eltávozás után
CO2 g/l
Szerves anyag O2-ben mg/l
Keménység od (német fok)
5,83
2,86
8,97
12,15
7,01
NO2mg/l
NO3-0 Clmg/l mg/l
0,001 42,03 88,56
Gyergyócsomafalva: Gyergyócsomafalván 86 borvízkutat tartanak számon. A borvízkutak vizeit ivóvízként használják. A csomafalvi és remetei borvízkutak szénsavasak, tartalmaznak kalciumotm magnéziumot, szénhidrogéneket, stb. A CO2 jelenléte a vizekben lehetôvé teszi a különbözô ionok feloldódását.
Remetei táj a Marossal
62
63
A gyergyóacsomafalvi kutaknál a napi fogyasztás eléri az 500-550 l/nap átlagértéket. Ezek az adatok természetesen a természeti viszonyoknak és az évszaknak megfelelôen változnak. A táblázatba foglalt értékek 2002 ôszétôl már 2005 tavaszáig mért minták átlagértékei: pH CO2 pH eltávozás után
CO2 g/l
Szerves anyag O2-ben mg/l
Keménység od (német fok)
5,49
2,52
9,82
12,56
6,81
NO2mg/l
NO3-0 Clmg/l mg/l
0,018 45,25 96,25
Analíziseink gyakorlati oldalához az IRS STANDARD ROMAN, illetve a STANDARD DE STAT forrásanyagok nyújtottak hátteret. Az IRS STANDARD ROMAN SR4450 1997.07.28/478-as közlönye közzé teszi a 3.3-as cikkelyében a fogyasztásra alkalmas borvíz összetétlének határértékeit. Ez alapján a megengedett értékek: Szerves anyag O2-ben mg/l
NO2mg/l
NO3mg/l
10,00
0,02
50
Következtetés Tekintettel arra, hogy ezeket az ásványvizeket a környezô lakosság állandó jelleggel nap mint nap, hosszú éveken át fôleg ivóvízként fogyasztja, szükségessé válik az emberi szervezetre gyakorolt hatásának tanulmányozása. A korszerû körülmények megteremtése, a fürdôhelyek fejlôdése, a fürdômedencék és a kádak számának növekedése maga után vonta az igénybevevôk számának növekedését szükségessé teszi, hogy a szakirányítással megszervezzék ezek mûködését.
Forrásanyag: Paicajan, S. Airinei: Ape minerale de consum alimenta din Romania - Ed. St. Si ped. - Bucuresti 1979 Kisgyörgy Z., Kristó A.: Románia ásványvizei - Ed. St. Ped. - Bucuresti 1979
D. Schiopu, V. Vintu: Ecologie si protectia mediului - ed. "Ion Iliescu de la Brad" - Iasi 2002 Sz. Béla: Borszék földrajza - Akadémiai Kiadó - Bukarest, 1958 L. Muntean, M. Stirban: Agrosisteme si prtectia mediului - Ed. Dacia - 1995 Utazások hargitában - Hargita Megyei Innovációs és Inkubációs Szövetség valamint Hargita Megye Tanácsa - Csíkszereda - 2001 Hargita megye természetes gyógytényezôi - Hargita megye tanácsa - 1974
64
65
HULLADÉKGAZDÁLKODÁS Józsa Szabolcs Zrínyi Miklós Gimnázium, Zalaegerszeg Felkészítô tanár: Halmi László Hulladéknak nevezünk minden gáz, folyékony vagy szilárd anyagot és tárgyat, amely a mindennapi élet, munka és gazdasági tevékenység során keletkezik a keletkezés helyén haszontalan vagy felesleges, zavarja az emberi tevékenységet, esetleg veszélyezteti vagy károsítja az ember egészségét és környezetét. Eredetük szerint megkülönböztetünk fogyasztási hulladékokat (pl.: települési hulladékok) és termelési hulladékokat (pl.: ipari, mezôgazdasági hulladék). Összetételük vagy összetevôik szerint megkülönböztetünk szerves és szervetlen hulladékokat. Az összes „termelt” hulladéknak mintegy 70-80%-a termelési a többi fogyasztási hulladék; és mintegy fele-kétharmada szerves, a többi szervetlen hulladék. Amikor valamit kidobunk, az számunkra egyszerû hulladék. Valójában azonban megtestesíti a készítéséhez fel használt valamennyi erôforrást. Ezeket összeadva, egy fogkefe tömege például 1,5 kg-al, egy mobiltelefoné 75 kg-al lesz egyenértékû. Az ésszerûbb forrásfelhasználás és a szenynyezés megelôzés érdekében, nagyobb hangsúlyt kell fektetni a „hulladékmegelôzésre” és az újrafeldolgozásra. A hulladék a környezet és a környezeti elemek (levegô, víz, talaj) fô szennyezôje, amelynek hasznosítása, illetve ártalmatlanítása a környezetvédelem és a hulladékgazdálkodás fô célkitûzése. A szennyezet elemek (pl. szennyezet talaj) maguk is hulladékoknak tekinthetôk. A hulladékhasznosítás történhet, a hulladék valamely feldolgozható összetevôjé-nek leválasztásával és alapanyaggá alakításával; a hulladék anyagának ismételt felhasználásával (újrafeldolgozás); valamint energetikai hasznosítással. A szerves hulladék biológiailag bontható részét hasznosítják a komposzt és a biogáz elôállítás során. A hulladék újra feldolgozás a szervetlen hulladékokra és biológiailag nem bontható szerves hulladék egy részére
jellemzô. A biológiailag nem bontható szerves hulladék egy részének hasznosítása a mai napig megoldatlan, gondoljunk csak egyes mûanya-gokra. A komposztálás aerob biokémiai folyamat szilárd és iszapszerû hulladék feldolgozására. A folyamatban résztvevô mikroorganizmusok a szerves anyagokat biológiai oxidáció útján bontják le. A komposztálás során a szerves anyag lebontása több lépcsôben és eltérô sebességgel megy végbe, az anyag összetételétôl függôen. A komposztálást befolyásoló tényezôk az anyag összetétele, nedvességtartalma, a szén és nitrogén aránya az anyagban, a szemcseméret (a 25-40 mm-es az optimális), pH (a 4-9 közé esô pH tartomány az ideális), az aerob viszonyok (fontos a levegôztetés, pl.: forgatással) és a hômérséklet (a hulladékban elôforduló kórokozók elpusztítása csak tartósan magas hômérsékleten, 50 oC felett valósítható meg). A komposztálás megvalósítható komposztálóüzemekben és házilag is, végterméke egy földszerû, kb. 40-50% nedvesség tartalmú anyag, a komposzt. Melynek jellemzôi a magas biológiai érték (szervesanyag-tartalma miatt humuszképzô növényi tápanyag), fertôzô csíráktól mentes, szagtalan és minimális a károsanyag tartalma. A biológiailag lebontható szervesanyag komposztálással történô hasznosításának európai átlaga kb. 6-8%. A biogáz a szerves anyagok anaerob erjedése során, elsôsorban metanogén baktériumok jelenlétében keletkezô gáz. A települési hulladékok hasznosítása mellett, széles körben alkalmazott a szennyvíziszapok kezelése során, valamint a mezôgazdasági hígtrágyák és egyéb mezôgazdasági hulladékok feldolgozásánál is. A biogáz képzôdése két lépésben megy végbe, az elsô lépésben a szerves anyagok szerves savakká alakulnak; majd második lépésben a szerves savakból szén-dioxid, metán és biokomposzt keletkezik. A biogáz elôállítását befolyásoló tényezôk a hulladék összetétele, a nedvesség tartalma (70-75% vagy felette), a szén és nitrogén arány (20-30 között), a pH (7-7,5 körüli), az anaerob viszonyok (zárt rendszerû bioreaktor) és a hômérséklet (4-58°C között). A biogáz összetétele (térfogat %-ban) 50-85% metán, 50-15% szén-dioxid, 0-0,02% a hidrogén, a nitrogén és a kén-hidrogén aránya is és telített vízgôzzel. A biogáz fejlôdésének idôtartama 2 és 100 nap között változik, 1 kg szerves anyagból 300-900 liter metán nyerhetô ki. Számos különbözô üzemi megoldás van a biogáz kitermelésére, pl.: városi szemétdepóniákban a hulladékba lerakott csövekkel és a hulladékba te-
66 lepített kutak segítségével, vagy biogázt termelô reaktorokban. A biogázt fûtési célra használják a víz kondenzálása után. A biogáz elôállítás sok hasznos tulajdonsággal rendelkezik: olcsó szennyvízkezelési mód, újrahasznosítja a trágyát és a szerves hulladékot, energiaforrás, csökkeni a környezetterhelést és mellékterméke a biokomposzt szerves trágyaként használható. A másodlagos nyersanyag visszanyerés nagyon fontos, hiszen települési szilárd hulladékok az ipar számára potenciális nyersanyagforrást jelentenek. Az újrahasznosítható anyagok visszanyerésére kifejlesztett technológiák meghatározott szeparációs és anyagelôkészítési mûveletek. A szeparációs mûveleteknél az alkotók eltérô tulajdonságait (méret, alak, sûrûség, vezetôképesség stb.) mint elválasztható tulajdonságokat hasznosítják. A technológiai változatok nagyban különbözhetnek egymástól (légosztályozók, elektrodinamikus szeparátorok, mágneses szeparátorok stb.), a fôbb mûveletcsoportok sorrendje azonban csaknem mindegyiknél azonos: elôkészítô, könnyû és nehéz anyagcsoportokra bontó, könnyû anyagokat továbbító és kikészítô, nehéz anyagokat továbbító és kikészítô, valamint ártalmatlanítási részfolyamat (a nem újrafeldolgozható anyagok ártalmatlanítása). A kikészítô mûveletek feladata a visszanyert anyagféleségek utótisztítása, szükség szerinti minôségjavítása és értékesíthetô formába hozása. Az ártalmatlanítás a gépesített visszanyerési technológiák elmaradhatatlan tartozéka. Általában rendezett lerakás, de ez lehet kombinálva égetéssel, komposztálással is. A gyakorlatban (a gazdasági korlátok miatt) csak a papír, üveg, takarmányként hasznosítható szerves maradékok, vas, alumínium, esetenként a mûanyagok egy része és a textilhulladék értékesíthetô jól másodnyersanyagként.
Amennyiben a hulladék keletkezését nem tudtuk megelôzni, a képzôdött hulladékot nem tudtuk teljes mennyiségében hasznosítani, a termelésbe visszaforgatni, ekkor és csak ekkor van helye a hulladék környezetkímélô ártalmatlanításának. A hulladékártalmatlanítás történhet a hulladéklerakóban történô elhelyezésével, termikus kezeléssel, vagy egyéb kémiai, biológiai vagy fizikai módszerrel.
67 Hulladéklerakó alatt értjük a mûszaki védelemmel létesített, folyamatos ellenôrzést biztosító rendszerrel ellátott, a hulladék föld felszínén vagy földben történô ártalmatlanítására szolgáló mûtárgyak és kiszolgáló létesítmények összességét. Két különbözô típusú lerakót különböztetünk meg: veszélyes és inert hulladékok fogadására. A rendezett lerakóhelyeken a szilárd, folyékony és az iszapszerû települési hulladékokkal együtt minden más termelési hulladék is ártalmatlanítható a környezetvédelmi és közegészségügyi elôírások és technológia szerint, amelynek összetétele, anyagi jellemzôi az elôbbi hulladékokhoz hasonló. A területfeltöltéses hulladék-elhelyezés egyik legkorszerûbb módszere a prizmás rendszerû lerakás. A hulladékprizma trapéz keresztmetszetû hasáb. A hulladék lerakása tervszerûen és ellenôrzött módon, rétegesen történik. A prizma teljes felülete idôben folyamatosan takarásra kerül. A hulladéklerakás munkafázisai az ürítés, egyengetés és a takarás. A területfeltöltés mellett, alkalmazható a dombépítéses lerakás is. Elônye, hogy talajszigetelést csak a domb talpfelületén kell végezni, hátránya, hogy magasabb költséggel rekultiválható a felület. Rendezett lerakótelepek létesítésekor egyik legfontosabb környezetvédelmi szempont a környezet felszíni vizeinek és a talajvíznek a védelme. A szivárgó vizek megfelelô öszszegyûjtése és elvezetése alagcsövezéssel oldható meg. A lerakás befejeztével a lerakóhely teljes felületét humuszos termôtalajjal kell beborítani. A hulladék lerakás befejezése utáni ellenôrzési követelmények: a lerakott hulladékból keletkezô gázok minôsége és azok terjedése, a lerakott hulladék tömörödése miatt bekövetkezô terepsüllyedés, a takaróréteg víz- és széleróziója. Az ellenôrzést addig kell folytatni, míg a helyzet a lerakóban és környezetében nem stabilizálódik (min. 5-10 évig). A termikus kezelés történhet hulladékégetés és pirolízis formájában is. Az égetés exoterm folyamat melynek során a hulladék szervesanyag-tartalma égésgázokká és vízzé elégve füstgázt alkot és ilyen formában távozik a tûztérbôl, az éghetetlen szervetlen anyagok pedig salak és pernye formájában maradnak vissza. A hulladék minôségét fontos ismerni ahhoz, hogy az égetési körülményeket pontosan be tudják állítani és az ártalmatlanítást el tudják végezni. A jellemzôk közül a legfontosabbak a szemcsenagyság, szemcseméret-eloszlás, sûrûség, fûtôérték, víztartalom, éghetôanyag-tartalom, károsanyag-tartalom (pl.: S, Cl). A hulladékégetésnél az éghetô anyag ingadozó fûtôértéke miatt támasztótüzelést kell alkalmazni, amit olaj- vagy gázégôkkel biztosítanak. A távozó anyagok minôségét az égetésre kerülô anyagok minôsége, valamint az égetési körülmények befolyásolják. Melyek a következôk, a hômérséklet (850-1700°C között, általában 1050-1100°C közötti; 1200°C felett már salakolvasztásos módszernek nevezik), a tûztérben való tartózkodási idô (szilárd hulladékoknál: 2-3 s, folyékonyhulladékoknál: 0,5-1 s), légfelesleg (50-150%-kal több oxigénnek kell lennie a tûztérben, mint az elméletileg szükséges) és az áramlási viszonyok (mozgórostély, forgókemence, irányított gázáramok). A folyamat idôigénye ki-
68 csi, de a beruházási és üzemeltetési költségek azonban igen nagyok, mert korrózióálló berendezésekkel kell dolgozni, támasztófûtést kell alkalmazni és tisztítani kell a keletkezô füstgázokat. A hulladékégetôk környezetszennyezô hatása elsôsorban levegôminôségi szempontból okoz nehézséget, de ez megfelelô üzemvitellel és a korszerû füstgáztisztító berendezések használatával elfogadható szinten tartható. A települési szilárd hulladékok égetésekor a keletkezô por és HCl leválasztása az elsôdleges feladat. Füstgáz tisztítása szövetszûrôk és száraz ill. nedves elektrofilterek segítségével történik. 1 kg hulladékból 4-6 dm3 füstgáz keletkezik, amely tartalmazhat SO2-t, NOx-t, HF-ot, HCl-ot, nehézfémeket és dioxinokat. A kemencébôl távozó salak és a füstgázból leválasztott pernye rendezett lerakóhelyen helyezhetôk el. A salaknak jelenleg egyetlen hasznosítási lehetôsége ismert, minôsítés után, az útépítésre történô felhasználás. A pirolízis vagy hôbontás a szerves anyagok oxigén szegény környezetben történô elbontását jelenti. Hôbontással a hulladék energia tartalma nagyobb hatásfokkal nyerhetô vissza, mint az égetés során és energiahordozó formájában tárolható (pl.: koksz). A hôbontás reakció feltételei a hômérséklet, a reakcióidô, a szemcsenagyság és a keveredés. A hôbontás alaptípusai a kis- és középhômérsékletû eljárások (450-600°C), nagyhômérsékletû eljárások (800-1100°C) és a salakolvasztásos eljárások (1200°C felett). Ahhoz, hogy a hulladékot hasznosítani lehessen ill. egyes hulladékokra hatékonyabb specifikus ártalmatlanítási módot lehessen alkalmazni, a hulladék szelektív gyûjtésére van szükség. A gyûjtés, a további kezelést igénylô hulladék tárolása a környezetet nem szennyezô módon. A szelektív hulladékgyûjtés megszervezésének az a célja, hogy a települési szilárdhulladék-áram veszélyes és hasznosítható összetevôi, valamint a biológiailag lebomló szervesanyag-tartalmú hulladék minél kisebb arányban kerüljön a lerakóba, történjék meg elôbbiek ártalmatlanítása, utóbbiak hasznosítása. Szelektív gyûjtéssel a települési szilárd hulladék több, mint felét lehet külön kezelni, majd hasznosítani vagy ártalmatlanítani. A sikeres szelektív gyûjtéshez egyformán fontos a jó szervezés, és a meginduláshoz szükséges anyagi befektetés. A szelektív gyûjtés megvalósítása többféle módon történhet, mint pl.: hulladékgyûjtô udvar kialakításával, ahová a hulladékot a lakos viszi el és ott szakértô személyzet, segít a lakosoknak a szelektálásban; házhoz menô szelektív begyûjtô járat; gyûjtôszigetek kialakításával, ezek nem zárt területen vannak, ezért a gyûjtôszigeteken nem lehet veszélyes hulladékot gyûjteni; vagy utólagos válogatással. Az illetô régió feldolgozóiparának fogadókészségén múlik, hogy mely frakciókat érdemes különválogatni. Ezek a leggyakrabban a következôk: fémek, üveg, papír, szerves (növényi eredetû, komposztálható) hulladék, mûanyag és háztartási veszélyes hulladék. A szelektív gyûjtés hosszú távú környezeti és gazdasági hasznokkal jár. A deponált hulladék
69 mennyisége csökken és a hulladéklerakók élettartama nô, a deponált hulladék veszélyessége csökken a veszélyes összetevôk eltávolítása miatt. A szelektíven gyûjtött hulladék másodnyersanyagként való feldolgozása elsôdleges nyersanyagot takarít meg, ezáltal az így készülô termék elôállításakor kisebb a környezet terhelés, mint a primer nyersanyagból elôállított termék esetén. A teljes gyûjtött hulladékmennyiség kb. 1520%-át gyûjtik szelektíven az európai országokban átlagosan, Magyarországon jelenleg 2 millió ember gyûjti szelektíven a szemetet, de ez az év végére elérheti a 3 milliót, néhány esetben azonban pl.: Svájc, Hollandia, Németország, Svédország és Ausztria ez az arány elérheti a 25-30%-ot. A másodlagos nyersanyagként hasznosítható anyagok jelenlegi részará-
nya a hulladékban a fôvárosban és a nagyobb városokban 40-45 tömegszázalék, országos átlagban 25-30 tömegszázalék. A fejlett iparú európai országokban a települési szilárd hulladék másodnyersanyagként vagy energiahordozóként hasznosítható anyagtartalma a hazai relációhoz képest lényegesen kedvezôbb (pl. a papírtartalom a 35-45 tömegszázalékot, a mûanyagtartalom a 10-15 tömegszázalékot, az üvegtartalom a 8-10 tömegszázalékot eléri), míg a biológiailag bontható szervesanyag-tartalom általában 20-25 tömegszázalék alatt marad. Magyarországon jelenleg 120-130 Mt hulladék keletkezik évente. A településszerkezet adottságától függôen jelentôs különbség van a fôváros, a nagyobb városok és a községek hulladék kibocsátása között: 1,5-3 m3/ lakos/ év; és egy átlagos európai polgár évente 550 kg szilárd hulladékot termel. Ez jóval meghaladja az Unió 1993-as Ötödik Környezetvédelmi Akcióprogramjának 330 kg-ban megállapított célkitûzését. Ma Magyarországon évente kb. 21 millió m3 fo-
70 gyasztási hulladék keletkezik és ennek tömege kb. 5 Mt. A tapasztalatok szerint a települési hulladék mennyisége évente 2-3%-kal nô. Bármely módon is van megszervezve a szelektív gyûjtés, sikere és hatékonysága mindig a résztvevô fegyelmezettségén múlik. A lakosok nagyobb hányada közremûködése érdekében minden közösségben meg kell keresni a legmegfelelôbb az igényeket kielégítô szelektív gyûjtési módot.
71
TALAJSZENNYEZÉS Kovács Zsuzsánna Márton Áron Gimnázium, Csikszereda Felkészítõ tanár: Sata Klára A TALAJ FOGALMA A talaj az ember legõsibb termelôeszköze, olyan természeti erõforrás,mely az élôés élettelen természettel szoros kölcsönhatásban van, és állandóan változik. A talaj a föld legkülsô szerves burka, mely a növények termõhelyéül szolgál. A talaj központi szerepet játszik a földi ökoszisztémákban, a földön lejátszódó fizikai, kémiai és biológiai folyamatokban, az elemek körforgásában. A talajban élô mikroorganizmusoknak köszönhetõen a talajba kerülô szerves anyagok mineralizálódnak így a növények számára felvehetõek lesznek. A mikroorganizmusok vitalitásuk egyfelõl a talaj víztartalmától, hõmérsékletétõl és kémhatásától (pH), másrészt a talajban lévô kationoktól és a tápelemek (N, P, S stb.) mennyiségétõl, arányától függ.
A szerves anyag elsõdleges funkciói: a növények tápanyagellátása; a talaj fizikai tulajdonságok szabályozása (tápanyag- és vízmegkötô-
képesség); energia és szén biztosítása a mikrobiológiai folyamatokhoz.
A talaj szerves anyag tartalmának emelésével a termékenység csak egy adott (természetes) határig fokozható. Efelett Megnevezés pH azok kiesnek az elemkörforgalomból. < 4,5 A pH-nak döntô szerepe van a talaj erõsen savanyú 4,5-5,5 állapotára, pl. a növényi tápanyagfelvé- savanyú 5,5-6,8 telre és a mikroszervezetre gyakorolt ha- gyengén savanyú 6,8-7,0-7,2 tása kapcsán. Az élettér vonatkozásában semleges 7,2-8,5 a semleges pH a legkedvezõbb. Adott gyengén lúgos 8,5-9,0 értékét az adszorbeált H+ és Al3+ (sava- lúgos > 9,0 nyú), valamint a Ca2+, Mg2+, Na+ és K+ erõsen lúgos (semleges-lúgos) kationok aránya határozza meg. A kémhatáshoz rendelt talajtani kategóriák
72
73
A talajok ún. pufferképességén a mindennemû külsô hatással szembeni ellenállást értik. A növényekre közvetett úton a talajon keresztül fejti ki káros hatását a savas ülepedés. A talajok nagy savkiegyenlítô (puffer) kapacitással rendelkeznek. A talajban levô bázikus kémhatású vegyületek semlegesítik a csapadék savtartalmát. Ez a kapacitás véges, és a gyakori savas esô, továbbá az antropogén hatás (mûtrágyázásból eredô savanyodás) azt eredményezi, hogy az egyensúly megbomlik, csökken a talaj pH-ja, vagyis savanyodik a talaj, ami a következô károsító hatásokat okozza: oldhatóvá válnak a tixikus hatású nehézfémek (Cd, Cu, Mn) vegyületei; nô az aluminium koncentráció, ami számos növényre káros, mivel az alu-
minium ionok a haj-szálérgyökerekben a kálcium ionok helyére köt?dnek, igy csökken a növény kálciumfelvétele, ezért lassul a növekedése; tápanyagok kimosódnak; csökken a talajban a baktériumok mennyisége, így az általuk lebontott szerves anyagok mennyisége is kisebb; a nagy nitráttartalom miatt elpusztulnak a tûlevelû fák gyökerein élô gombák, amelyek segítik a víz és tápanyagfelvételt. A meszes talajban levô kálcium- és magnézium ionok az esõvízben található karbonátionokkal vízben oldható vegyületet képeznek. A savas esô viszont szulfátionokat is tartalmaz, ezért vízben oldhatatlan kálcium-szulfát képzõdik. A savasodásra a különbözô természeti környezetek nem egyformán érzékenyek. A talaj jellege és összetétele nagyon fontos tényezõ. A talajok színét a humusz, az agyag és a vas-hidroxidok együttesen alakítják ki. csernozjom (feketeföld) – a mezõségek talaja. podzol – a csapadékszegény fenyõerdõk talaja. vörösföld (terra rossa) – a forró (trópusi) éghajlaton képzõdött talaj. sárgaföld – szubtrópusi talajféleség.
A talaj globális funkciói
A talaj a környezet egyik alapeleme. A természetes biológiai és geológiai körforgás egyik eleme/színtere. Az élô szervezetek élettere (fito- és zoobiotikus = bofilaktikus funkció). Az élelmiszertermeléshez pótolhatatlanul szükséges természeti erõforrás – bioproduktív funkció A mezõgazdasághoz/talajmûveléshez kapcsolódó tevékenység révén: szociális funkció.
Esztétikai szerep – többnyire a létesítmények természeti környezete révén
jelentõs. Anyagmegkötés és -raktározás.
A talaj szennyezése Mivel nõtt a mezõgazdaságban a vegyszerezés és iparosítás, a természet kitettebbé vált az emberi tevékenységeknek, és ez jelenti a szennyezés fô forrását. Amennyiben a talajba közvetlenül vagy a levegõvel és/vagy vízzel közvetítve a talaj termõképességét csökkentô idegen szennyezô anyagok jutnak és ezek illetve a belõlük másodlagosan keletkezett anyagok koncentrációja meghaladja a talaj elbontóképességét, talajszennyezésrõl van szó. A talaj nagy adszorpciós képességû szerves és szervetlen kolloid anyagai, az agyag-ásványok és a szerkezeti humuszanyagok, melyek a növényi növekedés szempontjából hasznos víz és tápanyagok megkötésében játszanak szerepet, képesek a környezetünkbe kerülô szerves és szervetlen szennyezõk, környezetre káros, toxikus anyagok megkötésére és tárolására is. Az egyensúlyi viszonyoknak megfelelõen a megkötött anyagokat a talaj elengedheti, szennyezve a talajvizet, ill. elõidézve a toxikus anyagoknak a növényekbe jutását. Ily módon toxikus anyagoknak az ökoszisztémába való bejutását okozhatja a vízrendszeren, vagy a táplálékláncon keresztül, veszélyeztetve ezzel az érzékenyebb fajokat, s magát az embert. A hulladéklerakók, szennyezett területek felülete sok esetben növénytermesztési célokat szolgál. A felsô réteg tartalmazhat különbözô termelési hulladékokat, iszapokat, salakokat, az altalaj felszínre került anyagát. A szennyezõk sokirányú átalakuláson mehetnek át a talajban: Felszínrõl való elhordásuk a talajrészecskékkel szél- és vízerózióval; Gáz alakban történô elillanás a légkörbe; Kimosódás, talajoldattal a talajvízbe kerülés; Adszorpció és kémiai kicsapódás a talaj szilárd fázisán; Kémiai szétesés és mikrobiális lebomlás, bioakkumuláció, stb. Az emberi tevékenységek közül a mezõgazdálkodás, az ipari és a bányászati tevékenység, valamint a közlekedés a fôszennyezõk. A szakszerûtlen vagy illegális hulladéklerakás szintén nagyban hozzájárul a talaj elszennyezéséhez és a vegyi anyagok globális kockázatához.
74
75
Csíkszereda hulladék szeméttelepe
(bõrfeldolgozás, textilipar) hulladékok, vegyipari hulladékok: nehézfémek (Pb,Cd,Cu), sók, savak, bázisok, halogének, gyom- és rovarirtószerek szakszerûtlen használata valamint ezek gyártásától származó hulladékok, radioaktiv hulladékok, közutak, trágyázás, szennyvíziszapok, toxikus elemeket tartalmazó hulladékok.
A nem bomló perzisztens káros anyagok a talaj/növény rendszerben az alábbiak 1. Nehézfémek és nyomelemek: elsõsorban az emberre és állatra káros a Cd, Pb, As, Hg fõként a növényekre káros a Zn, Cu, Ni, Cr túlsúlya 2. Szerves vegyületek: Poliklór bifenilek (PCB) Policiklikus aromás szénhidrogének (PAH)
A szennyezô vegyi anyagok egy része fizikai, kémiai vagy biológiai hatásra elbomolhat, ártalmatlan végtermékek pl. széndioxid és víz keletkezése közben. Egyensúly alakulhat ki, ha ez a bomlás azonos sebességû a talajba kerüléssel. De ha a szennyezô perzisztens, vagyis ellenáll a bontásnak, vagy a talaj saját bontó aktivitása nem tud megbirkózni a talajba került szennyezô mennyiséggel, akkor a szennyezõk felhalmozódnak, a talaj szennyezett lesz. A talaj befogadója, raktározója a szennyezõ anyagoknak, szerencsés esetben a talaj fizikai, kémiai és fõleg biológiai aktivitásának köszönhetõen a szennyezõ anyagok egy része elbomlik és/vagy ártalmatlanná válik, de nagy részük a talajból tovaterjed. A káros anyagok táplálékláncba jutása akut toxicitást vagy tartósan feldúsulva krónikus megbe-tegedést eredményezhet emberen és állaton egyaránt.
A talajszennyezés legfontosabb forrásai: állati hulladékok, lakott területek szemétlerakatai, ipari létesítmények: élel-
miszeripari (cukor, olajok, hús, dohány, alkoholos italok…) és könnyûipari
Termõtalajok ideiglenes károsanyag-határértékei haszonnövények termesztése esetén, összes tartalom. (Altlasten 1990) Savanyú homokokon pl. a Cd határértéket 2-3 Elem Határérték mg/kg Tápláléklánc mely tagjára veszélyes ppm-rõl 1 ppm-re kell lejele talajban elsõsorban szállítani, ill. a 6.5 pH alatTI 1 Ember és állat ti talajok meszezésérõl Hg 2 Ember gondoskodni szükséges Cd 2 Ember szennyezett területeken, As 40 Ember és növény amennyiben élelmiszernöCu 100 Növény és állat vények termesztésére haszCr 100 Növény és ember nosítják azokat. Az Pb alig Ni 100 Növény és ember mozog a talaj-növény rendPb 300 Ember és állat szerben, ezért a határérték Zn 500 Növény 300 mg/kg-ra emelhetõ. A Zn 500 mg/kg koncentráció felett okoz nyilvánvaló növekedési zavarokat. A Ni határértéke 100 mg/kg, mivel zoo- és humántoxicitását idõközben kevésbé tekintik súlyosnak. Az As felvétele jelentéktelen az Pb és Hg elemekhez hasonlóan, a növények koncentrációja alig nôa talajszennyezés esetén és a fitotoxikus hatások is csak extrémebb terhelésnél jelentkeznek (táblázat).
76 Megjegyzés: A 6.5 pH alatti savanyú és homokos talajon a Cd 1 ppm lehet. Humántoxicitás a táplálékon, zootoxicitás a takarmányon keresztüli nagyobb felvételbõl eredhet. A fitotoxicitás növekedési, fejlõdési depresszióban jelentkezik. A különbözô forrásokból származó és különbözôutakon a talajba is jutó nehézfémek bejutnak a növényekbe, beleszámitva a mez?gazdasági termékeket is. Csak az ólmot véve figyelembe megállapitható, hogy mig a szennyezetlen talaj ólomtartalma 1020 mg/kg talaj, Nagybánya környékén (Kiskapus) 1900 mg/kg talaj messze meghaladja a megengedett határt. A merkúrösszetételek a talajban átalakulhatnak a legmérgezõbb szennyezõdésekké (metil-merkúr, amely 0.6 ppm-nél meggátolja a kukorica növekedését). Azonos nehézfém-tartalmú talajoknál annál inkább várható nagyobb felvétel a növényben, minél savanyúbb és kolloidszegényebb (sovány homok) a termõhely.
Mûtrágyázás hatása a talajra A terméshozam növelésének egyik legfõbb eszköze a mûtrágyák alkalmazása. A mûtrágyákban a hatóanyagokon kívül vannak más anyagok, amelyek pl. a szemcsés mûtrágyák szemcsézettségét segítik, vagy oldhatóságát befolyásolják. A növény a tápanyagokat ionok formájában veszi fel, mig a mûtrágyában a hatóanyag egy vagy több vegyületbe zárva található. A talajban mindig maradnak vegyületek, ionok, amelyek hatással vannak a talaj tulajdonságaira, mûködésére, amely hátránya a savanyúság fokozása, ami megnehezíti a tápanyagfelvételt. Különleges problémát jelentenek a nitrogén mûtrágyák. Néha a túltermékenyítés követekezményeként megállapítható a növényekbeli magas nitrátfelhalmozódás. Például a 0.1% nitrát tartalom, a száraz megmûvelt szennyezetlen talajösszetételhez képest, 0.6 % nitrát tartalomra nõtt, amikor 600 kg nitrát használódott hektáronként. Veszélyt jelent a nitritek és az ammónium nitrát túlzott használata, amelyek rákkeltô hatású vegyületekké alakul át. A szuperfoszfátok jelentõs mennyiségben tartalmaznak szennyezõket, mint a kadmium (50-170 ppm), ólom (7-92 ppm), króm (66-243 ppm), nikkel (7-32 ppm). A mûtrágyázás okozza a szántóföldeken tapasztalt savasodást. A szuperfoszfát néhány százalékig szabad kénsavat tartalmaz, a pétisó hatóanyaga, az ammóniumnitrát szintén savasan hidrolizál. A szántóföldeken a savas ülepedés káros hatását hektáronként kb. 10 kg kálcium karbonát szükséges közömbösíteni, a mûtrágyák ellensúlyozására viszont a becslések szerint évi 300-400 kg mészkõporra lenne szükség. A növényekre gyakorolt károsító hatás egyik megnyilvánulása a következõ: a fenyõfák tûleveleibõl a savas csapadék kimossa a létfontosságú ionokat (Ca++, K+, Mg++ ). A kimosódás sebessége nagyobb, mint a felszívódásé. A károsító hatást fo-
77 kozza, hogy a troposzféra ózontartalma megtámadja és károsítja tûlevelek viaszbevonatát. Így a levelek szövete hozzáférhetõvé válik. Fenyõerdõkben észlelt másik károsító hatás a tûlevelek a csapadékból nitrát ionokat vesznek fel, ezért õsszel nem érzékeli a növény, hogy a gyökérzettõl kevesebb nitrát iont kap, így nem vonja ki a vizet a levelekbõl. A téli lehûléskor a víz megfagy, elroncsolja a levél szöveteit.
Gyom- és rovarirtó szerek A gyomirtószerek jelenléte a talajban egy komoly problémát jelent, fontos szenynyezési tényezõ. A legszennyezõbb gyomirtószerek azok, amelyek karbamid származékokat, triazint tartalmaznak. Vannak olyan növényvédôszerek, amelyek rövid távon nem okoznak mérgezési tüneteket, de hosszú távú hatásuk igen veszélyes. Például a DDT, egy szerves halogén származék, amelyet a fejlettebb országokban betiltottak. A növények is felszívják, így az állatok táplálékaként ezek az anyagok az élelmiszerekbe is bekerülnek (hús, tej). 2030 évvel a környezetbe jutása után is kifejtheti mérgezô hatását. A gyom- és rovarirtószerek legtöbb esetben tág körben mérgezõek úgy állatokra (fõleg gerincesekre) mint növényekre, mert jóval több mennyiségben kerül a talajba, mint amennyi elég lenne a kártevô kiirtásához.
A közlekedés és települések által okozott talajszennyezés A talajok összetétele gyökeresen megváltozhat, különösen hosszabb idõszak alatt (pl. egy évszak). A szennyezõ források közelében több száz vagy ezer kg/ha káros elem akkumulálódik. A szennyezõtõl távolodva csökken a terhelés, pl. a Zn és Pb kicsiny részecskéket alkot, melyek a felhõk keletkezési magas-ságáig is eljutva távoli vidékeket szennyezhetnek. A 60-as években világszerte felfigyeltek a közlekedési utak környezeti elemeiben (növényzet, állatok, vizek, talaj, levegõ) végbemenô nehézfém dúsulásra. Különös figyelmet szenteltek a mérgezô Pb jelenlétének. A közelmúltig legáltalánosabban használt kopásgátló ólomadalék, a motorbenzin kompresszió törésének javítására szolgált az ólom-tetraetil, ólom-tetrametil. A magasabb oktánszámú benzin literenként 0.5 g ólom-tetraetilt tartalmaz. Ezenkívül más ólomsókat is használnak égésgyorsítóként, mint az ólom-etil-klorid, és -bromid. A kipufogógázból aerosol, por és szemcsék alakjában jutnak az ólom vegyületek az útkörnyezetbe. Katalizátorok és ólommentes benzin használa-a csökkentheti az ólom és más szennyezõdés mennyiségét. A jármûvek Pb-emissziója 60-80mg/km értéket ért el, melynek átlagosan háromnegyede kerül a környezetbe, egynegyede pedig a kipufogórendszerben rakódik le. A
Mintavétel talajból A közvetlen feltárási módszerek talaj- és ha van vízmintát szolgáltatnak. A mintavétel árkolással, fúrással, szondázással történhet. Átmérõjük szerint kis- és nagyátmérõjû, a meghajtás jellegét tekintve kézi, illetve gépi fúrásról beszélnek. Alapvetõ, hogy a fúrástechnika a szennyezõdést ne közvetítse, ne vigye például lejjebb. Talajmintavételre csak az ún. száraz fúrási eljárások alkalmasak. Környezetvédelmi vizsgálatok céljából talajmintavételre általában két esetben kerül sor. Az egyik esetben megtörtént talajszennyezés kiterjedését kívánják felmérni, a másik esetben pedig az adott terület általános szennyezettségérõl szeretnének információkat kapni. Mindkét esetben el kell dönteni a minták számát és a mintavételi fúrások helyét. A talajszennyezés esetében célszerû a szennyezés középpontjában lefúrni, majd ettõl egymásra merõleges vonalak mentén négy irányban a középponttól távolodva fúrásokat végeznek. A fúrások mélysége elérheti a talajvíz szintjét is. Mélységben általában 0,5 méterenként vesznek mintát. Pl. olajszennyezés esetén amennyiben egy bizonyos mélységben már érzékszervileg is azt tapasztalják hogy nincs szennyezés, kisebb fúrási mélység is elégséges lehet. Ha egy terület általános szennyezettségi állapotát mérik fel, úgy járnak el, hogy a terület átlója mentén a felszínrõl, a terület nagyságától függõen pontmintákat vesznek, majd a páros és a páratlan számú mintákból egy-egy átlagmintát képeznek. Emellett az esetleges mélységi szennyezettség felderítése céljából az átló egynegyedénél és háromnegyedénél mélységi fúrást végeznek. Ennek során félméterenként, amennyiben lehet a talajvíz eléréséig, vesznek mintát.
Környezetvédelmi Ügynökség adatai
talajok ólom szennyezett-sége és a forgalom intenzitása között lineáris összefüggés található. Az úttól távolodva fokozatosan csökken a növény, talaj terhelése. A talaj felsô 1020 cm rétege extrém módon feldúsulhat, különösen az útpadka területén és annak közvetlen közelében. Amennyiben a talajok 20 cm-es legszennyezettebb felsõ rétegének tömegét 3 millió kg/ha-nak vesszük a természetes tiszta talajokban 10-20 ppm, azaz 30-60 ólomkészlettel számolhatunk. A közlekedési utak menti talajok Pb-készlete 400-1000 ppm, 1200-3000 kg/ha Pb-tartalmat jelez. A közvetlen padkán ez a terhelés még többszörösére nõhet. Összefoglalóan megállapítható, hogy mind a talajok mind a növények jelzik az egyes elemfeldúsulást a környezetterhelés nyomán. Aggodalomra ad okot az ólom, cink és kádmium felvehetô mennyiségének ugrásszerû emelkedése, aerosol, amelyben legnagyobb mennyiségben S, Si, Ca, K, Fe, Al fordul elõ.
79
Csikszereda és környékének talajszennyezettsége
78
80
81
A talajmintát 40 ºC hõmérsékletû levegõben súlyállandóságig kell szárítani. A mintát 2 mm átmérõre kell szitálni. Az adatok mg/kg szárazanyagra történô átszámításához jellemzô mintákat 105 ºC fokon kell súlyállandóságig szárítani.
Kiértékelés A Csikszereda környéki talajok pH-ja általában magas, azaz a talajok semCsíkszereda (park) legesek vagy lúgosak, ami Székelyudvarhely PECO) a mészköves kõzeteknek Békás-szoros Szt. Anna-tó (Mohos) köszönhetõ. Hargitafürdõ (erdõ) Amint a diagram is mutatja elég magas az ólomszennyezettség fõleg Szervesanyag tart. Pb tart. (ppm) Cd tart. (ppm) Nitráttart. ppm a benzinkutak közelében % (lásd! Székelyudvarhely), városközpontokban, utak környékén (lásd! Csikszeredai park), erdõkben és rezervátumokban pedig alacsony (lásd! hargitafürdõi erdõ, Békási-szoros, Szent Anna-tó (Mohos)), ami a jármûvek benzinjének ólomtartalmából származik. A környezô területek kádmium tartalma meghaladja általában a 0.8 ppm-es irányértéket:, ami nehézfém szennyezést jelent a Szent Anna-tó, Csikszereda, Székelyudvarhely területén.
magyarázat: a metilvörös átcsapási tartománya 4,4-6,2pH között van, a
bromtimolkéke 6,0-7,6 pH. A metilvörös indikátorral a következô színárnyalatokat kapjuk: pH 4,5 vörös; pH 5,0 piros; pH 5,5 narancsvörös; pH 6,0 sárga. A bromtimolkék színárnyalatai: pH 6,5 zöld; pH 7,0 szürke; pH 7,5 kék; pH 8,0 liláskék. A legtöbb talajfeleseg pH-ja 5 es 8 közé esik, ennél savanyúbb vagy lúgosabb talajjal ritkán találkozunk. Ugyanabból a talajból készitettem két ilyen keveréket. Egyikhez metilvöröset adtam, az oldat sárga lett, a másikhoz bromtimolkéket, az oldat zöld lett, igy a vizsgált talajról megállapitható, hogy 6.0-6.2 pH-jú.
A talaj nitrát tartalmának kimutatása tanulókísérlettel: szükséges anyagok: 3mol\dm³ koncentrációjú kénsavoldat, telített
vas(II)szulfát-oldat, koncentrált kénsavoldat. eszközök: kémcsõ, 10cm³-es mérõhenger. végrehajtás: öntsünk 2cm³ talajkivonatot kémcsõbe, hozzáadni 2cm³
vas(II)szulfát oldatot, lassan önteni hozza 1cm³ koncentrált kénsavat. Ha az oldat tartalmaz nitrát iont, barna gyûrû képzõdik a két fázis határán. magyarázat: a savanyú közegben a nitrat ion oxidálja a vas(II)iont vas(III)ionná, közben NO képzõdik, ami a feleslegben levô vas(II)ionokkal barna nitrozo-vas(II)-komplex kepzõdése közben reagál. megjegyzés: ez a módszer alkalmas a mûtrágyák nitrogéntartalmának vizsgálatához.
Dolgozatom gyakorlati része ezen kísérletek elvégzése:
A talaj pH-jának meghatározása: szükséges anyagok: talajminta, bárium-szulfát, desztillált víz, 0,02
tömeg%-os metilvörösoldat, 0,04 tömeg%-os bromtimolkék-oldat; eszközök: kémcsövek, kémcs?aállvány, vegyszeres kanál. végrehajtás: a kémcsô aljára kb. 2 cm vastagságban szórjunk bárium-szul-
fátot es ugyanilyen mennyiségû talajmintát. Töltsük meg a kémcsövet 3/4 részéig desztillált vízzel, erélyesen rázzuk össze. Ha a szilárd anyag leülepedett, csöpögtessünk a kémcsõbe indikátor oldatot. A savanyúbb talajok vizsgálatához használható 1 cm³ metilvörösoldat, a lúgosabb mintához 1 cm³ bromtimolkéket, majd összehasonlítani az oldat színét az ismert pH-jú oldatéval.
A barna gyûrû megjelent, de vékonysága miatt arra lehet következtetni, hogy a vizsgált talajnak kicsi a nitrát tartalma.
82
83
HA FÖLDBE HARAPSZ, FÛBE HARAPSZ? AVAGY MENNYIRE SZENNYEZETT A TALAJ BARANYÁBAN Kulcsár Péter István Leôwey Klára Gimnázium, Pécs Felkészítô tanár: Nagy Mária, Gaál Tiborné BEVEZETÉS
Könyvészet Rózsahegyi Márta-Wajand Judit: 575 kisérlet a kémia tanitásához Rózsahegyi Márta -Wajand Judit: Kémia itt, kémia ott, kémia mindenhol! Victor Miclaus: Feljavitó talajtan Kerényi Attila: Környezettan www.környezetünk.hu zeus.szif.hu\ejegyzet\ejegyzet\papptal\fejezet2
A környezetszennyezés a mindennapok alapvetô problémájává vált. Nagyon lényeges tudnunk, hogy a minket körülvevô környezet megfelelôen tiszta-e. Földünk talajának megóvása kiemelkedôen fontos, hiszen minôsége kihat ránk is, mivel a talajból a növényekbe és az állatok szervezetébe, a növényi és állati eredetû termékekbôl pedig az emberi szervezetbe juthatnak a káros anyagok. A talaj a földkéreg felsô, mállott termékeny rétege. Legfontosabb minôségi jellemzôje a termékenység, vagyis hogy a rajta, illetve a benne élô élôlényeket tápanyaggal, vízzel és levegôvel látja el. A talaj háromfázisú polidiszperz rendszer. Kialakulása mechanikai, kémiai és biológiai mállás folyamataként következik be. A fizikai aprózódást a napi hômérséklet ingadozása ill. a kôzetrepedésekbe beszivárgott víz feszítô ereje okozza. A törmelék nagy felületen érintkezik a környezô levegôvel és vízzel. E közegben játszódik le a kôzetek kémiai mállása. Az így keletkezett agyagos kôzettörmelék csak akkor válik termôképes talajjá, ha biológiai mállás hatására megkezdôdik a humuszképzôdés. Az elpusztult állatok maradványai a talajban elbomlanak. Egy részük sötét színû szerves anyagokká alakul, ezek összessége a humusz. A humusz komplex szerkezetû, leggyakrabban aromás magból, és nitrogéntartalmú oldalláncból álló molekulák, melyek különbözô oldékonyságúak, és a humifikáció során egymásból keletkeznek. A talajban lakó élôlények táplálkozása, mozgása összekeveri a talajt, így különbözô minôségû talajrészecskék alakulnak ki. Kémiai tulajdonságait elsôsorban azok a talajrészecskék határozzák meg, amelyek nagysága 1-500 nanométeres. Ezeket kolloidoknak nevezzük. Tulajdonságuk, hogy kis tömegükhöz képest nagy felület jön létre, és nagy mennyiségû anyagot tudnak gyenge kölcsönhatással megkötni. A kolloidok vízmolekulákat vagy (mivel a kolloidok negatív töltésû részecskék) kationokat kötnek meg (pl.: Ca+, Na+, K+, H+,). A talaj kémhatása a felsôbb rétegekben savas tartományú. A kémiai tulajdonságok közé tartozik a
84 talaj tápanyagtartalma, ami gyorsan változik. Felhalmozódással, és ráhordással gyarapszik, míg a csapadék kimosó hatásával és a növények erôteljes táplálkozásával csökken. Fizikai tulajdonságai közül a legjelentôsebb tényezô a talaj szerkezete. Ez a talajrészecskék nagyságát, azok elhelyezkedését, összekapcsolódásának mértékét, illetve a részecskék közötti hézagokban a levegô és a víz mennyiségét jelenti. A talajban lévô levegô összetételét jelentôsen befolyásolják a mikroszervezetek ill. a gyökérzet légzése. A talaj szerves összetevôihez a benne lakó élôlények is hozzátartoznak, de a talajban élô állatoknak is alkalmazkodniuk kell a környezeti tényezôkhöz. A talaj hômérséklete befolyásolja az állatok függôleges irányú mozgását (pl.: cserebogarak lárváinak évszakos vándorlása). A különbözô talajképzô tényezôk változatos talajföldrajzi viszonyokat alakítottak ki. A különbözô talajféleségek közül Magyarországon legelterjedtebbek a hûvösebb és csapadékosabb éghajlatú középhegységeket és dombságokat borító barna erdôtalajok. A barna erdôtalaj jellemzôje az alacsony humusztartalom és a savanyú kémhatás. Az ország földterületének ez a talajfajta mintegy 40 százalékát teszi ki. Az úgynevezett mezôségi vagy csernozjom talajok részesedése mintegy 25%. Ezek jellemzôje a vastag humuszréteg, a mésztartalom és a gyengén lúgos kémhatás. Tipikus elterjedési területük a magasabb fekvésû lösztáblák, löszhátak, például a Mezôföld, Bácska, Tolnai-dombság, Hajdúság. További Magyarországon elôforduló talajtípusok a Duna-Tisza közére jellemzô meszes homoktalaj, a Nyírségben és Belsô-Somogyban elôforduló savanyú homoktalaj, a Tisza mentén és a Duna-Tisza közén egyaránt megtalálható szikes talajok, valamint a vizenyôs területen kialakult réti talajok. Azért választottam ezt a témát, mert meg szeretném tudni, hogy a közvetlen környezetemben található talajtípusok milyen mértékben szennyezettek, valamint, hogy a vizsgált talajminták közül melyik a legideálisabb a növények számára.
85 A méréseket laboratóriumban végeztem. Törekedtem rá, hogy a talajminták lehetôleg azonos mértékben legyenek vizesek. A vízmegkötô-képesség, a pH, a lúgosság és a karbonáttartalom mérése pontos eredményt adott, míg a többi vizsgálat (nitrát-, foszfát-, vastartalom) csak összehasonlítható, hiszen ezek indikátoros vizsgálatok voltak. A kísérletek során teljes mértékben tartottam magam az „575 kísérlet a kémia tanításához” címû könyvben leírtakhoz. A mintákat úgy próbáltam kiválasztani, hogy lehetôleg olyan különbözô talajtípusok legyenek, amelyek különbözô környezeti hatásoknak (pl.: 6-os út melletti földminta, sokáig használt virágföld) voltak kitéve. A vizsgált talajtípusok között szerepelt: mohácsi öntéstalaj, mecseki hegyi talaj (Égervölgy), kerti talaj és agyagos szántóföldi talaj is.
EREDMÉNYEK
Vízáteresztô képesség A kísérlet során 50 gramm tölcsérbe helyezett földmintára ráöntöttem 50 cm3 vizet, és körülbelül két óra elteltével leolvastam, hogy hány cm3 víz folyt át a földmintán. Az eredmények nagy része 36 és 43 cm3 közé esett. A legnagyobb érték a tettyei földmintánál született: 47 cm3. Ennek az lehet az oka, hogy a tettyei talaj nagy karbonáttartalmú. A legkisebb értéket a már használt virágföldnél tapasztaltam: 30,5 cm3.
pH A talajok pH értékének megállapítására metilvörös oldatot és brómtimolkéket használtam (bárium-szulfát jelenlétében). A talajminták pH-ja 5 és 8 között változott. A legsavasabb pH értéket az égervölgyi minta mutatta, 5-ös pH-val. A tettyei, a hôerômû salak talaja és a mohácsi talaj volt a leglúgosabb, 8-as pH-val.
ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK Vizsgálataim során a következô módszereket alkalmaztam: Tizenegy különbözô talajmintát gyûjtöttem be: virágföldeket, pécsi és Pécs környéki talajmintákat (Pécs-Somogy, Mohács, Sásd, Pécs belvárosa, Tettye, új virágföld, már felhasznált virágföld, hôerômû salak talaja, hôerômû salak talaja alatti talaj, Égervölgy, 6-os fôút menti talaj). A begyûjtött mintákon több kísérletet is végrehajtottam. A kísérleteket az „575 kísérlet a kémia tanításához” címû könyv alapján végeztem el. Vizsgáltam a vízmegkötô-képességet, a pH-t, a lúgosságot, a karbonáttartalmat, a nitráttartalmat, a vastartalmat és a foszfáttartalmat. Az elvégzett kísérletek többnyire a várakozásomnak megfelelô eredményt hoztak.
Lúgosság Tíz gramm talajmintából készített 100 cm3 oldatot megtitráltam 0,01 mol/dm3 töménységû sósavoldattal brómtimolkék jelenlétében, amíg az oldat zöldes-sárga nem lett. A titrálást nehezítette, hogy a földmintákból készített oldatoknak különbözô színük volt. A titrálás igazolta a pH eredményeimet, hiszen a savas kémhatású talajokból készített oldat azonnal átcsapott titrálás nélkül. A többi talaj fogyása 2,5 és 15 cm3 között változott. A legtöbb a tettyei minta esetében fogyott (15 cm3), ami egyezik a pH eredményével, hiszen a tettyei mintának volt az egyik legmagasabb pH-ja (pH 8) a mért minták közül.
86
87
Karbonáttartalom cm3
A karbonáttartalom kimutatásához 10 gramm földmintára 12 25 tömegszázalékos sósav oldatot csepegtettem. A keletkezett gázt mérôhengerben fogtam fel. A földmintákból keletkezett gázmennyiség nagyon változatos volt. A sásdi és az égervölgyi földmintákból nem keletkezett gáz többszöri mérésre sem. A mintákból felszabadult gáz mennyisége nagyrészt 10 és 80 cm3 közé esett. A pécs-somogyi föld esetében 116,5 cm3, a hôerômû salak talaja esetében 163 cm3 gáz keletkezett. A legnagyobb gázfejlôdést a tettyei földmintánál tapasztaltam, 450 cm3-it. A karbonát- tartalom öszszefügg a lúgossággal, és majd láthatjuk, hogy a tettyei talajnak a legmagasabb a lúgtartalma.
Nitrát- tartalom Tíz percig összerázott desztillált vizes földet leszûrtem, majd nitrát reagenst (koncentrált kénsavas difenil-amin oldat) rétegeztem rá. A két fázis határán kialakuló kék gyûrû intenzitásából lehet következtetni a talajminta nitráttartalmára. Ez a kísérlet nem adott pontos eredményeket, viszont a mintákat össze lehetett egymással hasonlítani. Ellenôrzésképpen készítettem két kontrollt. Az egyikben desztillált vízre rétegeztem a nitrát reagenst, és ekkor nem tapasztaltam gyûrûképzôdést. Másodszorra kálium-nitrát oldatra rétegeztem a reagenst, és így a gyûrû sötétlila lett. A minták esetében a szín többnyire zöldes-kékes volt, kivéve a sásdi szántóföldi és a hôerômû salak talaja alatti talajt, amelyeknél nem tapasztaltam színképzôdést. A legintenzívebb színe a már használt virágföldnek és a tettyei talajnak volt (sötétkékes-lilás).
Foszfáttartalom Ezt a vizsgálatot is csak összehasonlítással lehetett kiértékelni. A talajmintából készített szûrlet (és a molibdén-reagens ill. az ón(II)-reagens) kék színének erôssége jelzi a foszfáttartalom mértékét. A szûrletek nagy része sárgás-sötétsárgás volt. Halványkék szín jelent meg a virágföld, a hôerômû salak talaj alatti talaj, valamint a 6-os út melletti földminta esetében, és sötétkék szín a hôerômû salak talaja esetében. Lehetséges, hogy a virágföld egyes fajtáiba kevernek valamilyen foszfát tartalmú mûtrágyát. A hôerômû salak talajából valószínûleg átszivárgott a foszfáttartalmú talajvíz a salak talaj alatti talajba.
Vastartalom Sósavval kevert, majd nyolc percig összerázott földmintát leszûrtem, és öt tömegszázalékos ammónium-tiocianát oldatot adtam hozzá. Az oldat vörös színének intenzitásából lehet következtetni a földminta vastartalmára. Az égervölgyi, a tettyei föld és
a virágföld szûrlete halványpirosas lett. A sásdi talaj, a használt virágföld, a hôerômû salak talaja és az az alatti talaj szûrlete pirosas lett. A legtöbb vasat a pécs-somogyi, a Pécs belvárosi, a mohácsi és a 6-út melletti talaj tartalmazza. Ezeknek a talajoknak a szûrlete sötétvörös lett.
Megvitatás A talajban élô élôlények nagyon érzékenyek a talaj változására. Ha például növeljük a talaj foszfáttartalmát valamilyen anyaggal (trisó), akkor a növények sokkal gyorsabban, szebben növekednek. Azonban vigyázni kell a túlzott trágyázással, mert az már a növényeknek sem jó, és a talajvízbe kerülve bejuthat élôvizeinkbe is, ami nagymértékû halpusztulást okozhat. Ez igaz minden más szerre és anyagra, amely a földbe kerül. Ezenfelül ránk, emberekre is veszélyes lehet a szennyezett talaj, hiszen a növényeken keresztül a káros anyagok a mi szervezetünkbe is bekerülhetnek. Méréseimbôl összefoglalva három fontos megállapítást szûrtem le: 1. Az eddigi vizsgálataimból az derült ki, hogy a pécsi és Pécs környéki (vizsgált) talajok többnyire tiszták, nincsenek nagymértékben szennyezve. 2. A hôerômû salak talaja volt a leginkább szennyezett. 3. A növények számára a vizsgált szempontok alapján a virágföld volt az ideális.
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönöm a segítséget Nagy Máriának, a biológiatanárnômnek, Gaál Tibornénak, a kémiatanárnômnek, Pánczél Annának, az iskola laboránsának és az édesapámnak.
Irodalmi hivatkozások 1. Rózsahegyi Márta- Wajand Judit: 575 kísérlet a kémia tanításához, 1991. 2. A Környezetvédelmi Minisztérium honlapja: www.kvvm.hu 3. www.k2.jozsef.kando.hu/~guczi/index.html
88
89
CSÍKSZEREDA VÁROS SZENNYEZÕ HATÁSA AZ OLT FOLYÓRA Darvas Róber Kós Károly Építõipari Szakközépiskola, Csíkszereda Felkészítõ tanár: Lapohos Anna-Mária, Kastal Hajnal 1. BEVEZETÉS A földi élet a vízben alakult ki. További léte, fennmaradása is a víz függvénye. A természetben levô vizet gyakran az emberi testben levô vérhez vagy a fában közlekedô nedvhez hasonlítják, amely táplálja és oxigénnel látja el a sejteket, de árthat is, ha szennyezô anyagokat tartalmaz. A felszíni vizek csoportjába tartoznak a folyók, tavak, tengerek és a víztározók. Földünk vízkészletének több, mint 97%-át az óceánok foglalják magukba, további 2%-ot fagyott formában ôriznek a jégtakarók és gleccserek. A talajvíz részesedése kb. 0,16%, a folyóké meg a tavaké 0,102%, a légköri vízpáráé pedig, amelynek egy része élet adó esôként hull le a földre, alig 0,01%. Vízfolyásaink szennyezôdésének történelmi folyamata nem annyira közvetlenül a népességszám növekedésének mint inkább a nagyipari tevékenység kibontakozásának és a népesség koncentrálódásával, közmûellátásával együtt járó urbanizáció felgyorsulásának a következménye. Ezzel magyarázható, hogy általában csak a XIX. század második felétôl jöttek létre számottevô mennyiségû szennyvizet kibocsátó források. A szennyezôdés az 1950-es évektôl felgyorsult. Míg századunk elsô felében kimutatható káros hatású vízszennyezôdés csupán néhány vízfolyásra korlátozódott, az utóbbi évtizedekben a vízminôség- romlás különbözô intenzitással ugyan, de jóformán az egész vízhálózatra kiterjedt. A víz akkor tekinthetô szennyezettnek, ha az ember tevékenysége következtében olyan vegyi, fizikai vagy esztétikai jellegû átalakulások érik, amelyek nem teszik lehetôvé felhasználását. A talajt szennyezô anyagok gyakran belemosódnak a patakokba, folyókba és elszennyezik azok vizét. A folyók és patakok kényelmes útvonalat kínálnak a folyékony ipari hulladékok levezetésére. Elég egy kis környezeti baleset, és a keletkezô mérgezô anyagok kipusztítják a folyók élôvilágát. Az ipari és egyéb szennyezô források által a befogadó vizekbe közvetített szennyezô anyagok döntô hányada a bioszféra és a jó minôségû ivóvízellátás szempontjából kedvezôtlen. A nyers víz minôségét meghatározó szennyezô anyagokra vonatkozó ismeretek megbízhatóságának növekedésével egyre több szervetlen és szerves anyag-
ra vonatkozóan meghatározzák a legnagyobb megengedhetô koncentráció értékét. Az ipar évrôl-évre olyan nagy számban bocsát ki új szennyezô anyagokat, hogy gyakorlatilag szinte lehetetlenné válik a vízszennyezô hatás elôzetes számbavétele, illetve a várható technológiai következmények becslése, a kárelhárítás megtervezése és megvalósítása. A rendkívüli vízszennyezések hírtelen bekövetkezô vízminôség romlásokat és károkat okoznak a termelô és vízgazdálkodási berendezésekben, a környezetben, a vízi élôvilágban. A vizekbe kerülô ipari szennyezô anyagok jelentôs része önmagában is káros az elô szervezetekre. A vizek minôségét azonban nemcsak ezek, hanem különféle olyan bomlástermékek is szennyezik, amelyek ártalmasabbak lehetnek, mint az eredeti anyagok. Ezek a káros anyagok csökkentik a víz használhatóságát és mérgezik a környezetet, ami az ivóvízbázisok használhatatlanságához, halpusztuláshoz vezet. A vízben található valamennyi szerves anyag- függetlenül esetleges jellemzô károsító hatásától- potenciális oxigénfogyasztónak tekinthetô, mivel az atmoszférával egyensúlyban levô élôvíz redoxi viszonyai között termodinamikailag nem stabil. Ezen vegyületek oxidativ átalakulása azonban- amelyet rendszerint mikroorganizmusok katalizálnak- olyan mértékig gátolt lehet, hogy még ilyen körülmények között is jelentôs perzisztenciát mutathatnak. Egyes szerves vegyületek az eutrofizációnak nevezett nem kívánt folyamat kialakulásában is szerepet játszanak (pl. detergensek). Ezek hatására a felszíni rétegekben erôsen növekvô biomassza- termelôdés valósul meg (kékalgák). A keletkezett biomassza biokémiai lebontása megfelelô mennyiségû oxigént ígényel. Ha ez az oxigénmennyiség nem áll rendelkezésre, akkor a kialakuló oxigénhiány redukáló körülményeket hoz létre és a lebomlás anaerob körülmények között megy végbe. Redukáló körülmények között néhány fémion alacsonyabb oxidációfokú állapotba kerül, ami a tápanyagok üledékekbôl való remobilizációját idézi elô. Ez további eutrofizációhoz vezet, ami a természetes vizek „átbillenését” okozza. Az ilyen víz az élôlények egész sorának (pl. halaknak) már nem tud megfelelô életfeltételeket biztosítani.
2. SZERVES VEGYÜLETEK A FELSZÍNI VIZEKBEN ÉS A TALAJVÍZBEN Az élôvizekben található szerves vegyületek a következô csoportokba sorolhatók:
2.1. Szénhidrogének: alifás és cikloalifás szénhidrogének (alkánok, alkének, alkinok, naftének)
mint az ásványolaj alkotói. A vízekbe jutó ásványolaj származékok mindössze 10 %-a természeti eredetû, a többi szennyvizekbôl származik, illetve aeroszolok lecsapódásából, valamint tankhajók öblítésébôl és hajókatasztrófákból. Az olajszennyezés káros hatásának lényege a bban áll, hogy a víz felületén emulziós réteg képzôdik, amelybôl szilárd és folyékony szénhidro-
90
91 gén aggregátumok csapódnak ki. A víz-levegô határfelület hidrofóbbá válik így az atmoszféra és hidroszféra közötti gázcsere korlátozódik („olajpestis”), a vízi madarak és emlôsök, valamint a halak életfeltételei drasztikusan romlanak. a kis molekulatömegû aromás szénhidrogének (benzol, toluol,xilol, sztirol, naftalin) vízben való részleges oldhatóságuk következtében a víznek kellemetlen ízt és szagot kölcsönöznek. A felszíni vizekben és az ivóvízben eddig több, mint száz, különbözô benzolszármazékot azonosítottak. Ismert a benzolszármazékok mérgezô hatása az emlôsökre és az emberre: karcinogén és mutagén elváltozásokat, leukémiát, szem irritálást, bôrmegbetegedéseket okozhatnak. policiklusos aromas szénhidrogének: gázfázisban terjednek, atalajra kiülepednek és csekély vízoldhatóságuk ellenére a felszíni vizekben nagy területen szétoszlanak, mivel a kolloidális szemcsék adszorbeálják vagy felületaktiv anyagok oldatba viszik ôket. Karcinogén hatásuk van.
2.2. Klórtartalmú szerves vegyületek:
a kis molekulatömegû halogénezett szerves, vegyületek közül a nagy meny-
nyiségben elôállított klór-metánok, a vinil-klorid, 1,2-diklór-etán,, tetraklóretén és atriklór etén a legfontosabbak. Ezeket elsôsorban oldószerként használják, s ha ehhez hozzávesszük illékonyságukat is, akkor nagy valószínûséggel igaz az a feltételezés, hogy az elôállított mennyiségnek több, mint 25 %-a a természeti környezetbe kerül. Az ivóvízek csíramentesítésére használt klór a humuszanyagok lebontása során halogénmetánok képzôdését idézi elô. a polihalogénezett bifenileket szigetelô és hûtôközegként,lágyítóként,hidraulikus folyadékként széleskörüen alkalmazzák. Nagy a kémiai állandóságuk, ami hosszú tartozkodási idôt enged meg számukra a bioszférában. Ezzel magyarázható, hogy a különbözô környezeti régiókban a koncentrációjuk az elmúlt évtízedekben kimutathatóan növekedett. Felhalmozódásuk a májban egészségkárosodást okozhat.
2.3. Peszticidek: Növényvédô és rovarölô szerként szerves klórszármazékok, szerves foszforsavszármazékok és sok más vegyület használatos. Ezeknek specifikus és szelektív hatásúnak, humántoxikológiai szempontból teljesen ártalmatlannakkell lenniük és a környezetbe kikerülve természetes anyagokká való átalakulásuk lehetôleg gyorsan kell végbemenjen. A ma alkalmazott peszticidek közül számos nem képes ezen követelményeknek eleget tenni. A növényvédôszerek igazi veszélyessége abban nyílvánul meg,
hogy veszélyeztetik az ökológia rendszerek dinamikus egyensúlyát.
2.4. Tenzidek (detergensek): Vízben jól oldódó felületaktív anyagok, amelyek a felületi feszültséget csökkentik és ezen tulajdonságuk révén számos ipari folyamatban és a háztartásban alkalmazást nyernek. A tenzidek szennyvízzel való kijuttatása gyakorlatilag elkerülhetetlen,mivel az alkalmazás folyamán teljes mennyiségük nem használódik el. A víz felületi feszültségének csökkentése és a habképzôdés számos élôlény számára végzetes. Ezzel magyarázható a törekvés, hogy olyan detergenseket állítsanak elô, amelyek biológiailag gyorsan lebomlanak. Más szerves anyagokhoz hasonlóan a detergensek is oxigénfogyást, továbbá komplexképzô adalékaik miatt eutrofizációs veszélyt idéznek elô. A fosfátok zeolitokkal( nátrium-alumínium-szilikátok) történô részleges vagy teljes kicserélése a mosószerekben a kommunális szennyvizek eutrofizációs potenciálját csökkenti. Összehasonlító felmérést végeztem, amelynek során tanulmányoztam Csíkszereda város szennyezô hatását az Olt folyóra a 2003-as év során a szervesanyag tartalmú szennyezôdésekre vonatkozóan. A szervesanyag mennyiségének ismerete nélkülözhetetlen a vizek minôségének megítélésévében. A szerves szennyezés mértéke határozza meg a víz felhasználhatóságát, annak tisztíthatóságát, a tisztítótelep jellegét, a szennyvíznek a befogadóra gyakorolt hatását.
3. AZ OLT FOLYÓ CSÍKSZEREDA TERÜLETÉN Csíkszereda az Olt mentén fekszik. Az Olt itt még kis folyó, amely nagyon kanyarogva, középszakasz jelleggel bír. Egykori hurokszerû kanyarjainak maradványait ma is láthatjuk az árterületén. Hajdani nagy árvizeikor elöntötte az árterét, mely a Zsögödi szorosban jelentôsen összeszûkül, a medencék középsô övezeteiben 1 km-ig is kiszélesedik. Az Olt vízrendszerének legsûrûbb vízhálózata Hargita megye területén a Középcsíki- medencében van (0,94 km/km2). Az Oltba ömlô patakok azonban rövidek és kis vízhozamúak. A leghosszabbak a keleti oldalon a Somlyó-, Fitód- és a Nagyrét- patakok, a nyugati oldalon a Béta-, Kápolna-, Tekerô-, Kurta- és a Szécsen- patak. A keleti oldal patakjai a Somlyó pataktól északra a pleisztocén végén nagy kavics hordalékkúpot építettek, ezért vizük ebben el is szivárog. A hordalékkúpok peremén viszont nagy vízbôségû forrásokban újra felszínre tôr. Az Olt völgysíkja ezért alakult tôzegláppá. Amióta az ember megjelent az Olt völgyében, azóta termelôdnek a hulladékok, szennyezôdnek a vizek. Az elmúlt században a szennyezô anyagok összetétele jelentôsen megváltozott. Az ipar által termelt hulladékokban olyan, egészen új, szintetikus, részben mérgezô anyagok jelentek meg, amelyek évszázadok alatt sem bomlanak le. Ezek a káros anyagok nemcsak az embert veszélyeztetik, hanem a környezetet is, mert
92 nagy mennyiségû hulladék-felhalmozódás fenyeget. Az Olt menti településeken az évszázadok során a hulladékkal való bánásmód alig változott. Szakszerû és környezetkímélô hulladékgazdálkodás nem létezik a térségben, ezért a szemét folytonosan jelen van az Olt menti fákon és az ártéren, amint az a függelékben szereplô fényképeken is jól látható.
4. AZ OLT FONTOSABB SZERVESANYAG TARTALMÚ SZENNYEZÔ FORRÁSAI CSÍKSZEREDA TERÜLETÉN Az öt legfontosabb szennyezô forrás a függelékben szereplô térképen látható: 1. Somlyó patak - jelentôs mennyiségû szerves anyagot szállít a Somlyó nevû városrész nem közmûvesített részeibôl származó szennyvíz formájában. 2. Nyugati esôvíz elvezetô csatorna - a város ipari létesítményének udvarábó1 bemosott szennyezôdéseket szállítja az Oltba. Csapadékos idôben jelentôs menynyiségû kôolajszármazék jut így a folyóba. 3. Búzás kanális - a város nem közmûvesített központi részének tisztítatlan szennyvizét szállítja az Oltba. Ezen a vízfolyáson állatfarmok, strand és egyéb létesítmények szennyvize is a befogadó csatornába kerül. 4. A csíkszeredai derítô állomásról származó tisztított víz. A derítô állomás Csíkszereda szennyvíztisztító állomása. A Vízügyi hivatal mérési eredményeit vizsgálva arra a következtetésre jutottam, hogy a derítôállomásról nem megfelelôen tisztított szennyvíz kerül a folyóba, ezzel jelentôsen szennyezve azt. 5. Fitód patak – a Zsögöd nevû városrészen található három állatfarm nem megfelelô elôtisztított szennyvizét és a lakóházaktól származó háztartási szennyvizet szállítja az Oltba. Az Oltba kerülô szennyezô anyagokat, hulladékokat három fô csoportba soroljuk: termelési hulladék települési vagy kommunális hulladék veszélyes hulladék Sokféle hulladékot termel a faipar, a textilipar, a fémfeldolgozó, vegyi- és élelmiszeripar. A rendszerváltás után, a korábban létesített fafeldolgozó gyárak mellett ugrásszerûen megnôtt az Olt menti településeken az apró fûrészüzemek, bútorgyárak száma, amelyek nem tartják be a környezetvédelmi elôírásokat, nagy mennyiségû fûrészport jutatnak az Olt medrébe és az ártérre. A fémfeldolgozó ipar termelése az elmúlt évtizedben jelentôsen esett, ami maga után vonta a hulladéktermelés csökkenését is. Az élelmiszeripar termeli a térségben a lagnagyobb mennyiségû szerves hulladékot.
93 A mezôgazdaság fôként az állattartás hulladékaival és különféle trágyákkal képez hulladékot. A növényvédô szerek hígítása, amit legtöbbször patakok vagy az Olt mellett végeznek, gyakran okoz tömeges halpusztulást. A települési hulladék okozta folyó menti szennyezôdés a legszembetûnôbb. A települési hulladék vagy szemét a lakossági, fogyasztási, intézményi, kereskedelmi és vendéglátói tevékenységbôl, valamint a közterületek tisztántartásából származó, az életszínvonaltól és az életmódtó1 erôsen függô összetételû és mennyiségû hulladék. Eléggé változó fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. A kommunális hulladék összetevôi: papír, konyhai hulladék, mûanyag, üveg, fémek, hamu, vegyi- szerves és szervetlen eredetû anyagok. A települési hulladék okozta környezeti problémák egyik legfôbb oka a megfelelô központi és önkormányzati szabályozás hiánya. Az Olt meder vagy ártér a települések hagyományos szemétlerakója, ide kerül elég jelentôs mennyiségû hulladék. Újabban a községek szemételhelyezésre alkalmas területeket jelöltek ki és megszervezték a szemét összegyûjtését és elszállítását. Potenciális környezeti hatásukat tekintve külön csoportba soroljuk a veszélyes hulladékokat. Ide tartozik minden olyan hulladék, amely a benne levô egy- több vagy sokféle anyag révén tûzveszélyes, reakcióképes, mérgezô hatású, fertôzôképes, illetve radioaktív.
5.AZ OLT FOLYÓ VÍZMINÔSÉG VIZSGÁLATA
5.1. Tanulmányozott folyószakasz 1. mintavétel helye: az Olt hídjától 300 méterre, északra 2. mintavétel helye: Zsögöd-fûrdô
5.2. Saját mérések Gyûjtés helye 1. pontban: Csíkszereda fölött, az Olt hídjától 300 m-re északra. 2. pontban: Zsögöd, a hídtól délre 1 km-re. Gyûjtés idôpontja Ôszi és tavaszi megfigyelések 1. pont: ôszi mintavétel dátuma: 2003-10-06 tavaszi mintavétel dátuma: 2004-04-29
94
95 2. pont: ôszi mintavétel: 2003-10-07 tavaszi mintavétel: 2004-04-29 Gyûjtés körülményeinek leírása Idôjárás viszonyok: ôszi mintavétel idején: száraz, napos tavaszi mintavétel idején: hideg, esôs Partszakasz: a tanulmányozott szakaszon az Olt medre szabályozott. A parttól 20-40 m-re földgátak találhatók. Ezeknek árvízvédelmi szerepük van. A partszakasz füves, Zsögödnél fûzfabokros. Mintavétel: SR ISO 5667-2/1988 és SR ISO 5667-6/1988-as szabványok alapján történik. Edények: mûanyag vagy üveg, zománcozott, jól záró, könnyen tisztítható, újrahasználható kell legyen. A mintavételhez szükséges edényeket, ha a módszer másképp nem kéri, oxidáló szeres marófolyadékkal tisztítjuk, például krómkénsavval mossuk, majd 15-20-szor csapvízzel, 3-4-szer desztillált vízzel, majd a mintával 2-2-szor öblítjük. Felszíni vizekbôl 20-30 cm mélységbôl, a víz folyásából vesszük a mintát. A víz mennyisége elegendô kell legyen, hogy párhuzamos meghatározásokat lehessen végezni vagy kétes eredmény esetén meg lehessen ismételni a mérést.
Mérési módszerek Vizsgálataimat a Vízgazdálkodási Ügynökség hidrokémiai laboratóriumában végeztem. Munkamódszer, a munka menete: 1. Vegyhatás meghatározása pH-méterrel 2. Szerves anyag meghatározásához: 100 ml vízmintát használtunk, amit 10 percig fôztünk ismert töménységû (0,01 normálos) káliumpermanganát oldattal. Így a szerves anyag eloxidálódottlódott. Minél nagyobb a szerves anyag tartalom, annál nagyobb az elhasznált oxidálószer mennyisége. 3. Oldott oxigén meghatározása 250 ml vízmintát használtunk. Az oxigént megkötöttük már a gyûjtés helyén barna színû üvegben nátrium-hidroxid, kálium-jodid, mangán-szulfáttal, hogy a melegedés, szállítás, rázás miatt ne távozhasson el. A laboratóriumban nátrium-tiószulfáttal meghatároztuk az oldott oxigén mennyiségét, titrálásos módszerrel.
4. A kapott értéket összehasonlítottuk egy táblázattal, ami tartalmazta a tiszta víz oxigénmennyiségét a hômérséklet függvényében. Mérési eredmények 1. pontban Dátum
2. Pontban
Szerves Oldott Telítettség% pH anyag mg/l oxigén mg/l
Sze rves Oldott Telítettség% pH anyag mg/l oxigén mg/l
03.10.06
6,0
9,8
87,6
8,12
11,76
5,6
53,4
8,12
04.04.29
5,12
11,04
84,08
7,94
8,10
8,72
69,87
8,08
1.táblázat Következtetés: A 2. mérési pontban a szervesanyag tartalom nagyobb. Ennek a rothadása elhasználja a halak életéhez szükséges oxigént. Így ezek eltûnnek és más, kevésbé oxigénígényes fajok jelennek meg helyettünk. Ezt mutatják a biológiai jellemzôk.
5.3.A Vízügyi Hivatal adatainak feldolgozása Az elmúlt években a város önkormányzatának kérésére a szakhatóságok méréseket végeztek azzal a céllal, hogy megállapítsák, hogy az Olt beömlôi közül melyik járul hozzá jelentôs mértékben a folyó szennyezéséhez. Köztudomású volt, hogy a város határába érkezô folyó vize I. osztályúnak minôsült, de már a zsögödi megfigyelési pontban sok parameter jelentôs romlást mutat. A felmérés azt a célt szolgálta, hogy a város vezetôsége ezen adatok alapján dönteni tudjon a beruházásokról, fejlesztésekrôl. Szükségessé vált a derítôállomás korszerûsítése, a Somlyó városnegyed csatornázása, levezetô árkok, patakok tisztítása, kotrása. A Vízügyi Hivatal által végzett mérések eredményeit a 2. táblázat tartalmazza. A 3. táblázatban kiszámítottam, majd grafikusan ábrázoltam, hogy melyik szennyezô forrás milyen arányban juttat szennyezô anyagot az Olt folyóba. Mutató
Somlyó
Búzás
Derítôállomás Fitód
352,05
Nyugati csatorna 99,27
Szerves anyag Biológiai oxigénígény
29,83
627,46
48,19
22,69
920,37
80,38
1136,15
55,62
2.táblázat: Az Oltba jutó szennyezôdések mennyisége a csíkszeredai szakaszon (kg/nap)
96
97
Mutató
Somlyó
Búzás
Derítôállomás Fitód
30,51
Nyugati csatorna 8,6
Szerves anyag Biológiai oxigénígény
2,58
54,38
4,18
1,02
41,55
3,63
51,29
2,51
3.táblázat: a szennyezô források hozzájárulása az Olt szennyezéséhez (%) Som lyó
Som lyó
Búzás
Búzás
Nyugati csatorna
Nyugati csatorna
Derítõ állomás
Derítõ állomás Fitód
Fitód
6. KÖVETKEZTETÉSEK Megállapítottam, hogy város területérôl különbözô forrásokból folyamatosan kerülnek szerves szennyezô anyagok az Oltba. Ilyen például a derítô állomás. A derítô állomáson nem tudják egészen megtisztítani a vizet és így az Oltat folyamatosan szennyezi különféle szerves és szervetlen szennyezô anyagokkal. Az idôjárási viszonyok is befolyásolják az Olt szennyezését, hiszen a heves esôzések alkalmával vagy a tavaszi hóolvadás során nagy mennyiségû szerves anyag kerül az Oltba. Ugyanígy a hegyoldalakról nagy mennyiségben mosódnak be lebomlott szerves anyag formájában például a trágyalevek és más szerves eredetû anyagok. A természetes bomlás során sok szerves anyag szabadul fel, ezzel szennyezi a környezetet és a környezô folyókat, tavakat. A talaj felületérôl bemosódó szerves anyag nem csak a folyókat, tavakat szenynyezi, hanem az ivóvízkészletet is veszélyezteti. Az ember, ha egy kicsit odafigyelne a környezetére, akkor lehet, hogy nem látná az Oltban úszó mûanyag palackokat és más szennyezô anyagokat. Könyvészet 1. Papp Sándor- Rolf Kümmel: Környezeti kémia, Tankönyvkiadó, Budapest, 1992 2. Jánosi Csaba- Péter Éva: Az Olt, Csíki természetjáró és természetvédô egyesület, Csíkszereda,2002 3. Dr. Renc Béla-Tepuc Enikô: Csíkszereda környezetvédelmi helyzete, problémái, EKTF, Eger,1998 4. Vízügyi Hivatal: Registru de receptie si rezultate-2002
A KÖZLEKEDÉS LEVEGÕSZENNYEZÕ HATÁSA Szávuly Blanka Kós Károly Építôipari Szakközépiskola és Szakmunkásképzô, Csíkszereda, Románia Felkészítô tanár: Lapohos Anna Mária Dolgozatom két nagy részbôl áll: az elsô részben összefoglaltam a közlekedés környezeti hatásait, a második részben a közlekedésbôl származó légszennyezés csökkentésére irányuló fôbb intézkedéseket tárgyaltam. Az elsô részben a kipufogógázok összetételét, valamint a kipufogógázok komponenseinek a környezetre gyakorolt hatását tárgyaltam, részletesebben kitérve három komponensre, ezek az ólom, széndioxid és a por. Az ólom néhány ipari létesítmény emisszióján kívül a benzin adalékanyagaként használt ólom-tetraetilbôl jut a levegôbe. Közvetlenül levegôvel, vízzel illetve a növények elfogyasztása útján kerülhet az emberi és az állati szervezetbe. Rendkívül súlyos idegméreg . Az ólom- tetraetil az erdôpusztulással is kapcsoltba hozható: a fenyôk terpentin tartalmú tûleveleit károsítja, mivel ezek fokozott mértékben veszik fel. Az ólomvegyületek és a kipufogógázok növényélettani hatásának vizsgálata céljából elvégeztem a következô kísérletet: kiszámoltam 3-szor 100 búzaszemet. az elsô 100 búzaszemet nejlonzacskóba tettem és a zacskóba felfogtam egy nem katalizátoros (ólmozott benzinnel mûködô) személygépkocsi kipufogógázát. a másik 100 búzaszemet katalizátoros (ólommentes benzinnel mûködô) gépkocsi kipufogógázával kezeltem. Mindkét zacskóban lévô búzaszemeket 24 órán át tartottam kipufogógázban, majd elültettem külön edényben. Ugyanakkor a 100 olyan búzaszemet is elültettem, amelyet nem kezeltem kipufogógázzal. Hasonló körülmények között neveltem ôket. Az eredményt táblázatban foglaltam össze. A kísérlet bizonyítja, hogy a kipufogógázok káros hatással vannak a növények életfunkcióikra, de ha a kipufogógáz ólmot is tartalmaz, ez tovább csökkenti a növények csirázási képességét. Szintén egy egyszerû kísérlettel sikerült bizonyítani, hogy a kipufogógázok egyik komponense, a szén-dioxid üvegházhatást okoz: két kör alakú fekete lemezt helyeztem két azonos méretû fôzôpohár aljára, majd megvilágítottam ôket felülrôl egy lámpával. Az egyik pohárban levegô, a másikban mészkô és sósav reakciójával elôállított és bevezetett szén-dioxid és levegô keveréke volt. Percenként leolvastam a két pohárban
98
99
levô gáz hômérsékletét. Kezdetben mindkét pohárban enyhe hômérsékletemelkedést észleltem. Végül a szén-dioxidot tartalmazó pohárban 2-3 °C- al többet mutatott a hômérô. Ezzel bizonyítható, hogy a szén-dioxid üvegházhatású gáz. A mérési eredményeket táblázatban foglaltam össze és grafikusan ábrázoltam. Csíkszeredában a többi levegôszennyezô tényezô mellett a szálló és ülepedô por koncentrációját is mérik rendszeresen. Feldolgoztam a Környezetvédelmi Intézet által mért 2003-as évi mérési adatokat, amelybôl kitûnik, hogy mindkét mérôpontban, különösen a tavaszi és nyári hónapokban a szállópor koncentrációja nagymértékben meghaladja a megengedett határértéket. A levegôbe került por legnagyobb része a közlekedésnek valamint az utak nem megfelelô állapotának tulajdonítható. Közlekedési szokásaink felmérésére egy megfigyelést végeztem 2004 szeptember 28-án Csíktaplocán, a Csíkszereda- Gyergyószentmiklós fôútvonalon. A megfigyelés eredményeit táblázatban foglaltam össze. Összefoglalásként elmondhatom, hogy a közlekedés okozta levegôszennyezés vitathatatlanul hozzájárul az üvegházhatás erôsödéséhez, a környezet elsavasodásához éppúgy mint az emberi egészségnek, valamint az élôvilágnak és az épített környezetnek a károsításához. Ezért szükségesek a közlekedésbôl származó légszennyezés csökkentésére irányuló intézkedések, amelyeket a dolgozatom második felében foglaltam össze. Ezek közül a gépkocsiforgalom visszaszorítása és a gépjármûvek mûszaki korszerûsítése a legjelentôsebb. Ez utóbbi abban áll, hogy katalitikus konvertereket építenek be a kipufogó rendszerbe, amelyen az összes távozó gáz áthalad. 1981-tôl a háromutas katalitikus konvertert alkalmazzák. A katalizátor mûködése során a környezet szempontjából megfelelô végtermékek keletkeznek: nitrogén, víz és szén-dioxid. A katalizátor több mint 90%-os hatásfokkal csökkenti a kipufogógáz mérgezô komponenseinek kibocsátását. Ennek bizonyítására a gépkocsik mûszaki állapotának ellenôrzésével foglalkozó vállalattól kértem mérési szalagokat. Ezen kívül a katalizátoros gépkocsik elônye, hogy csak ólommentes benzinnel üzemelnek, így az egyik legveszélyesebb szennyezô anyagtól-, az ólomtól- is mentessé válik a környezet.
Könyvészet Balázs Lórántné - Kiss Zsuzsa: Általános kémia, környezeti kémia, Mûszaki könyvkiadó, Budapest,1999 Könczey Réka - S. Nagy Andrea: Zöldköznapi kalauz, Föld napja Alapítvány, 1997
Dr. Kerényi Attila: Általános környezetvédelem Rózsahegyi Márta- Wajand Judit: Kémia itt, kémia ott, kémia mindenhol! Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest,1995 Halász János- Hannus István- Kiricsi Imre: A környezetvédelmi technológia alapjai, Szeged, 1998 Dr. Sánta Attila: Környezetgazdalkodás N.N.Greenwood-A.Earnshaw:Az elemek kémiája, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest,1999.
A MI PERIÓDUSOS RENDSZERÜNK Karsai Gergely PTE Babits Mihály Gyakorló Gimnázium és Szakközépiskola, Pécs Felkészítô tanár: Bodó Jánosné Készítettünk egy olyan programot mely, segíti a kémia tanárok és kémiát tanuló diákok munkáját. Elsôdleges célunk az volt, hogy a periódusos rendszer felépítését, tendenciáit érzékeltessük és az elemek adatain kívül a rendszerben elfoglalt helye alapján alapvetô tulajdonságait is kiolvashassuk. A szoftver eltér az eddig számunkra elérhetô segédeszközöktôl, amelyek fôként az egyes elemek adatainak részletezésére tértek ki. A forrásanyagok között sokféle jól használható, vagy érdekes periódusos rendszert találtunk, néhányat be is mutatunk. De legfontosabbnak azt tartjuk, hogy a tanulási folyamatban jól alkalmazható, jól érthetô, szemléletes segédanyagot hozzunk létre. 1. Mutatja az atommagok összetételét és az atompályák betöltôdési sorrendjét a., Az elemeket elektronegativitás nagysága szerint is csoportosíthatjuk b., Az atomok méretét is szemléltetjük c., Jelöljük a halmazállapotot és forráspont szerint sorrendbe állítjuk az elemeket 2. A mezôket, periódusokat, oszlopokat külön megjelenítjük és jellemezzük Mindezt és még néhány egyéb funkciót oldottunk meg színekkel és animációkkal, hogy ne egy egyhangú tanprogram legyen, hanem könnyen kezelhetô segítség a kémiával foglalkozóknak. Igyekeztünk minél egyszerûbb, könnyen kezelhetô programot összeállítani, melynek áttekinthetôségét úgy oldottuk meg hogy mindig csak a legszükségesebb adatok láthatók, de ezek több szempont szerint is elôhívhatók.
101
Általános Kémia és Alkalmazott Kémia Szekció PIROTECHNIKAI ÉRDEKESSÉGEK Gyöngyösi Balázs, Laza György Károly Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest Felkészítô tanár: dr. Varga Márta A kémiának a diákok számára egyik leglátványosabb területe a pirotechnika. Sok tanuló, ha érdekes kísérletet szeretne látni, rögtön pirotechnikai robbantásokra gondol, de ezekre a látványosságokra még az idôsebb korosztály tagjai is emlékeznek. A pirotechnika azonban nem tekinthetô egyértelmûen a kémia egyik ágazatának, sokkal inkább a kémia és a fizika határterületének, bár többen egy teljesen önálló tudományágnak tekintik. Ennek egyik oka lehet, hogy a pirotechnikai törvényszerûségek látszólag ellentmondhatnak a kémiai törvényeknek, vagy ezekkel a törvényszerûségekkel nehezen magyarázhatóak. Vannak olyan anyagok, amelyek viselkedése furcsa egy „átlagos” pirotechnikai elegyhez, röviden piroelegyhez képest (a pirotechnikai elegyek olyan alkotórészek, vegyületek keveréke, melyek önmagukban hordozzák az égéshez szükséges oxigént és az égô anyagot finoman elporított formában), vagy kettôs tulajdonságúak (képesek égésre és robbanásra is), és ezért térnek el a megszokottól. Milyen tehát egy „átlagos” piroelegy? Nézzük meg, hogyan épül fel, és hogyan mûködik!
PIROELEGYEK, ROBBANÓANYAGOK FELÉPÍTÉSE, MÛKÖDÉSE, HATÁSOK
Felépítés A pirotechnikai reakciók redoxi-reakciók, tehát a piroelegyek két fô komponense az oxidálószer és a redukálószer, továbbá tartalmazhatnak adalékanyagokat is, mint
102 lángfestô- (CuCl, CuCl2, Ba(NO3)2, stb…), kötô- (pl.: keményítô, nitrocellulóz lakk) vagy füstképzô (szerves festékek, fém-oxidok, stb…) anyagokat, flegmatizátorokat (az elegy érzékenységét csökkentik, pl.: paraffin, sztearin), stabilizátorokat, katalizátorokat (pl. Fe2O3), vagy inhibitorokat a felhasználási területtôl függôen. Érdemes megemlíteni, hogy az oxidálószer és a redukálószer néha ugyanaz az anyag, amely a reakció során diszproporciónálódik, sôt néha a piroelegyben egyántalán nem található oxidálószer, ilyenkor a levegô oxigéntartalmát használjuk fel az oxidációhoz.
Mûködés A pirotechnikában használatos anyagokat mûködés szerint három kategóriába lehet sorolni: a deflagráns anyagok szabályos égési mechanizmussal rendelkeznek, csak lefojtva robbannak. Amennyiben laza porszerkezetûek, az égés gyorsan terjed szemcsérôl szemcsére (az éghetô anyag, vagyis a redukálószer szemcséirôl van szó), és bár egy-egy szemcse belsô égési sebessége nem sokkal nagyobb, mint a hétköznapi égéseknél (pl. fánál), az összesített égési sebesség mégis rendkívül nagy, mert az égés az összes szemcsén, tehát hatalmas felületen egyszerre megy végbe. Ilyenkor az elegy képes robbanásra (fôleg ha zárt térben ég), viszont nem képes a detonációra. Detonációnak a legnagyobb sebességgel, nyomás- és hanghatással végbemenô robbanást nevezzük. A deflagráns piroelegyek általában tömörített alakban, rétegrôl rétegre égnek (pl. mint a cigaretta), ilyenkor a teljes – égés számára hozzáférhetô – felület mérete viszonylag kicsi, tehát az égés lassabb lesz. Valójában csak ezeket tekintjük piroelegynek, a további anyagokat a robbanóanyagok csoportjába soroljuk. A következô kategóriá1.ábra ba már a robbanóanyagok tartoznak, ugyanis a brizáns anyagok – a bányászatot leszámítva – nem képviseltetik magukat a „békés” pirotechnikában (tehát a tûzijátékokban, és a polgári pirotechnikában), mert kivétel nélkül erôs robbanóanyagok. Fô jellegzetességük közé tartozik, hogy általában hôhatásra lényegesen érzéketlenebbek, mint mechanikai hatásokra. Néhány katonai alkalmazású brizáns robbanóanyag meggyújtható, majd lánggal elég a detonáció kockázata nélkül. Fô jellegzetességük, hogy a mechanikai impulzusra beinduló szabályos égési folyamat eredménye a detonáció. A detonáció sebessége jóval meghaladja a deflagránsok által elérhetô égési sebességet, és a hatása jóval pusztítóbb, ami az égés sebességébôl adódik (1. ábra). Viszont ezek az anyagok nem, vagy csak nehezen használhatók iniciáló (indító) hatású piroanyagok nélkül.
103 Az iniciáló hatású robbanó2.ábra anyagok érzékenyek a hôre és a mechanikai hatásokra, és képesek a detonációra. Önmagukban is veszélyesek, de igazából önállóan nem használják ezeket az anyagokat (2. ábra). Fô feladatuk, hogy elindítsanak egy kezdeti detonációt, hogy a brizáns robbanóanyag képes legyen folytatni a folyamatot (ez az ún. gyújtólánc, amelynek lényege, hogy az elsô tagból nyert energiát addig fokozzuk a további tagokon keresztül, amíg el nem érjük az utolsó tag aktiválási energiáját; ilyen rendszernek tekinthetô a tábortûz meggyújtása gyufával) (3. ábra). 3. ábra
Az elôadás során már többször említettem a deflagránsok égése (deflagráció, lobbanás, explózió) és a detonáció közötti különbséget. Itt láthatjuk a folyamatok közötti
104 sebességkülönbséget: (4. ábra). A lökô anyagok égése során a mm/s-os nagyságrendtôl egészen az 1 km/s-os sebességig terjed az égési sebesség. A detonáció sebessége lényegében mindig 1 km/s fölött van, ebbôl adódik a korábban említett romboló hatás (5. ábra). A detonáció a robbanás állandósult formája, felületi robbanások nagyon gyors sorozata.
Paraméterek
105 4. ábra
5. ábra
A piroelegyek mûködése során létrejövô hang a keletkezô gázok tágulási sebességétôl függ. Egy kis kupac fekete lôpor vagy valamilyen hasonló deflagráns (pl. nitrocellulóz) meggyújtásakor nem hallunk durranást, csak jellegzetes suhogó hangot, mivel a gázok csak 6. ábra szubszonikus sebességgel tágulnak, és nem akkora a reakció sebessége, hogy a levegôt hirtelen meglökve lökéshullám keletkezzen. Ha deflagráns anyagot lefojtunk (pl. villanópor a petárdákban), akkor durranást hallunk, ennek két oka lehet: egyrészt a reakciótérbôl a gázok hirtelen, egyszerre távoznak, és meglökik a levegôtömeget, másrészt a távozó gázok nemritkán túllépik a hangsebességet, és ezzel tovább erôsítik a hatást. Detonáció esetén a hatás hasonló, mint a lefojtott villanópor esetében, ekkor azonban nincs szükség fojtásra.
7. ábra
A pirotechnikai anyagok égése általában fény- 8. ábra jelenséggel is jár. A fénykibocsátás lehet monokromatikus (egyszínû), illetve folytonos, a spektrális megoszlás szerint. Monokromatikus fénykibocsátást a lángfestô anyagok (K, Na, Ca, Sr, Cu, Pb, Li, Cs, Ba, stb. sói) adnak, a lángfestésnél megismert módon; ez a sugárzás a gerjesztett atom jellegzetes fénykibocsátásából adódik (6. ábra), így nem teljesen monokromatikus, viszont konkrétan meghatározhatók az emissziós színképvonalak (7. ábra). Ez a jelenség a tûzijátékok lelke. A folytonos fénykibocsátás a hevített abszolút fekete test sugárzásához hasonlítható; a domináns szín hômérsékletfüggô, alacsonyabb hômérsékleten vöröses, magasabbon sárgásfehér, nagyon magas hômérsékleten kékes. Ilyen jelenséghez szükséges, hogy a lángban legyen jelen folyékony vagy szilárd anyag, amely hômérsékletébôl kifolyólag izzik. Látszólag logikátlanul a sötétebb testek emissziója erôsebb, de fehér oxidokat (pl. Al2O3) is használnak világítóelegyekben. A piroelegyek égési sebessége sok tényezôtôl függ. Meg kell különböztetni a lán-
106
107
gralobbanási (az égés a felületen terjed, általában viszonylag gyorsabb) és az égési (az anyag tulajdonképpeni égése) sebességet. A piroelegyek lángralobbanási sebessége függ az alkalmazott anyagoktól, azok porítási fokától (minél kisebb a szemcseméret, annál nagyobb a sebesség), tömörítettségtôl (minél tömörebb az elegy, annál lassabb az égés), a kezdeti hômérséklettôl, valamint a külsô nyomástól (a piroelegyek égési/lángralobbanási sebessége egyenesen arányos a nyomással és a hômérséklettel). A legnagyobb sebesség tömörítetlen Blitz-elegynél (KClO3, Al, Sb2S3) és fekete lôpornál figyelhetô meg. Az égési sebességet lényegében az elemi reakciók sebessége, és a hôátadás sebessége határozza meg. Az égés stabilitása szinte kizárólag a tökéletes hôátadástól és az elegy homogenitásától függ. Amennyiben a hôátadás nem tökéletes (pl. hûtött rendszer, alacsony nyomás, stb.) az elegy kialudhat. Ugyanez érvényes a nem kellôen homogén rendszerekre is. A piroelegyek égésüket oxigén hiányában is folytatják, mert az elegy tartalmaz oxidálószert, sôt a legtöbb oxidáló anyag közvetve mûködik, tehát a hô hatására bomlást szenved, és a fejlôdô oxigén táplálja az éghetô anyag égését, például: KClO3 = KCl + 1,5 O2 Többek között ez határozza meg azt a minimális hômérsékletet, amelynél a piroelegy folytatni képes az égést.
Érdekességek Mégis akad néhány piroelegy illetve anyag, amely nem szokványosan viselkedik. Lássunk néhány példát! A füstelegyek, a nitrocellulóz képesek láng nélkül is égni. Nitrocellulóz esetén a jelenség csak egy konkrét hômérsékleten zajlik le (852 oC; annál magasabb hômérsékleten lángra lobban, 8. ábra), míg a füstképzô elegyeknél az elegy égési hômérséklete olyan alacsonyra van beállítva (a már említett tényezôk változtatásával), hogy nem képzôdhet láng. Ezek reakciója látványos: a nitrocellulóz látszólag eltûnik, semmi más nem látható nagyon csekély fény-és hangjelenséget leszámítva, míg a füstképzô elegy látszólag égés nélkül adja a füstöt. Vannak kettôs tulajdonságú anyagok, amelyekre az jellemzô, hogy piroelegyekben komponensként felhasználhatóak, viszont önmagukban brizáns robbanóanyagként viselkednek. Ilyen például az ammónium-nitrát (oxidálószer piroelegyekben, valamint ipari robbanóanyag: ANFO) és a kálium-klorát (nagyon jó oxidálószer piroelegyekben, önállóan plasztikus robbanóanyagként, olajokkal keverve használják). Ide tartozik még a nitrocellulóz is.
Egy rendkívül furcsa elegy a füttyelegy (kálium-perklorát és nátrium-benzoát keveréke), amely kis kupacba felhalmozva, és meggyújtva reccsenô hang kíséretében hatalmas sebességgel elég. Csôben tömörítve (rakéta) az égés során robbanásszerûen elreagál egy-egy réteg, és az egymást követô durranások (kb. 500-2000 Hz) hanghatása sípra emlékeztet. Hatalmas égési sebességére jellemzô, hogy képes eloltani a saját égését, rakétamotorként alkalmazva (csôben) is ez történik, de a rendszerben lévô magas hômérséklet újra meggyújtja, és ez a ciklus ismétlôdik. A kereskedelmi forgalomban is megvehetô pirotechnikai eszköz a sárkánytojás, amely DragonX elegyet tartalmaz. Kicsi golyókká (1-2mm) alakítva önmagukban fojtás nélkül is durrogó, recsegô hangot hallatnak. Az elegy Al-Mg ötvözetet, réz-oxidot és ólom-szulfidot tartalmaz. Az eszközt Kínában készítik, Európában gyakorlatilag még senkinek sem sikerült elôállítania, pedig az összetétele ismert.
Felhasznált irodalom: Sidlovszkij: A pirotechnika alapjai - Mûszaki Könyvkiadó A. G. Gorszt: Lôporok és robbanóanyagok - Nehézipari Könyv-és Folyóiratkiadó vállalat 1954. Ábrajegyzék: 1. ábra: Égési sebességek 2. ábra: Iniciáló anyagok 3. ábra: Inicializálás, gyújtólánc 4. ábra: Pirotechnikai anyagok mûködési sebességei 5. ábra: Égés és detonáció összehasonlítása 6. ábra: Atom gerjesztése 7. ábra: Nátrium emissziós spektrogramja 8 ábra: Nitrocellulóz égése (lobbanás)
108
109
SOKAT ÉRÕ GYANTÁK: TÖMJÉN ÉS MIRHA Kósa Zsófia, Somogyi Márton PTE Deák Ferenc Gyakorló Gimnázium és Általános Iskola, Pécs Felkészítõ tanár: Dr. Halblender Anna
tanak megsérült, megsértett kérgüknek. Egyetlen fa több kilogramm gyantát termelhet egyetlen évben. Gyantát, mézgát hazai fáink is használnak védekezésül, jól ismert a cseresznye-, meggy-, szilva- és ôszibarackfák ilyetén védekezése. Ezt az anyagot mindkét formájában használják. A megkövült gyantát porrá törik, ez is lehet gyógykészítmények alapja, de féldrágakôként is árusítják, ilyen például a borostyán, melyrôl az ókori görögök jegyezték fel elôször, hogy megdörzsölve elektromos lesz.
3. Jellemzése I. A TÖMJÉN ÉS A MIRHA BIBLIAI VONATKOZÁSA Ennek a két anyagnak már az ókorban nagy szerepet tulajdonítottak. A hatalom jelképének számítottak. A napkeleti bölcsek például az arany mellett mirhát és tömjént vittek a kis Jézusnak. A mai emberben joggal merül fel a kérdés: mi tette egyenrangúvá ezt a két anyagot az arannyal. Az arany sikeresen megôrizte szerepét és értékét; a mirha és a tömjén azonban egyre inkább feledésbe merül. Ennek ellenére tartják értéküket: 1 g arany ára kb. 2800 Ft, 2 ml mirhaolajé 806 Ft, a tömjéné 986 Ft/ 2 ml.
II. A MIRHA
1. Mitológiai vonatkozás A görög hiedelmek szerint a mirha az asszír király, Thesis lányának, Myrrhának a könnycseppjeibôl jött létre. Mivel Myrrha nem volt hajlandó Aphrodité, a szerelem istennôje szolgálatába lépni, Aphrodité haragra gerjedt, atya és lánya elméjét megzavarta, arra kényszerítve ôket, hogy együtt háljanak. Szörnyû tettét felismerve Thesis meg akarta ölni lányát, de az istenek - hogy életét megmentsék - fává változtatták Myrrhát, és a fakéregbôl szivárgó könnycseppek a lány bánatát jelzik.
2. A gyantákról általában A gyanta gyûjtônév, a Magyar Nagylexikon tömör meghatározása szerint különbözô természetes vagy mesterséges eredetû, amorf, üvegszerû, kemény vagy félkemény állagú, többnyire sárgás színû, vízben nem, szerves oldószerekben, zsíros olajokban oldódó anyagok. Növények, elsôsorban trópusi fák váladékai, amelyek a növényekbôl kifolyva a levegôn megszilárdulnak. A fák tulajdonképpen védekezésül termelik a gyantát, idôleges védelmet biztosí-
A mirha cserje, vagy fácska, Etiópiában, Szomáliában és a Közel-Keleten honos. Kérge világosszürke, melyet, ha felsértünk, a növény önmaga védelmére halványsárga folyadékot, gyantát bocsát ki, melyek a levegôn olajos, könnycsepp alakú mirhaszemcsékké szikkadnak. A megszáradt gyantacseppeket összeszedik, osztályozzák. A folyékony gyantát elôször lecsapolják, majd késôbb vízgôzzel desztillálják, így kapják a tiszta illóolajat, melyben fontosabb alkotórészeként az alfa-kopaén, a béta- és a gammaelemén vagy a kurzerenon említhetô meg. A kibocsátott gyantának csak 3-8%-a illóolaj, a többi gumi és gyanta. A mirha vízben megduzzad, eldörzsölve tejszerû emulziót ad. (Az emulzió két, egymásban nem oldódó folyékony vagy híg anyag szabad szemmel egynemûnek látszó elegye.) A mirha arab nyelven keserût jelent, ami utal kesernyés ízére. Illata édes, enyhén pézsmaillatú, melengetô.
4. Felhasználása régen és ma A Biblia, a Korán és a Védák egybehangzó állítása szerint a mirha elengedhetetlen kelléke a jelentôs szertartásoknak. Egyiptomban éjjel-nappal égették a templomokban. Nap-szertartásoknál, és a Holdnak szánt áldozati ajándékként alkalmazták. A zsidóknál a felszentelésre használt bedörzsölô olaj is tartalmazott mirhát. Hagyományaik szerint Mózes is ezzel kente fel papjait. A megfeszített Jézusnak állítólag egy elöljáró mirhából és borból készült italt kínált. A tartósító tulajdonsága miatt a belôle készített illatszer akár tíz évig is megôrzi illatát. Legfontosabb hatásai: baktériumölô, gombaölô, gyulladáscsökkentô. Erôsíti az idegeket, kezdeményezô képességgel, erôvel tölt el. Fenntartja a bôr egészségét, késlelteti az öregedést, kifejezetten jó a bôrfekélyek kezelésére. Az ókorban a bor korai megecetesedését megelôzendô, mirhát adtak hozzá oly módon, hogy a korsó, netán a hordó belsô falát gyantaréteggel vonták be. Mi több, még a múmiákat is mirhából készült kenôccsel kenték be, ami megakadályozta a test korai
110 elbomlását. A balzsamozás gyakorlati része, ami hetekig is eltartott, a gyászidô lezárulása után kezdôdött. A testet megmosták, az agyvelôt és a zsigereket eltávolították. Antik szerzôk arról tudósítnak, hogy a koponyát mirhát is tartalmazó fôzetekkel kimosták, és a testüregeket összetört mirhával töltötték meg. A fejet bedörzsölték tömjénnel, és a testet sószerû anyaggal tartósították, majd újra bedörzsölték borókával, mirhával és fahéjjal. A rómaiak sok egyéb mellett arra is használták ezeket az aromákat, hogy ellensúlyozzák a döglött állatok bûzét az arénákban megrendezett játékok után.
111 kikísérletezett módon Angliában készül. Érdekessége, hogy nem tartalmaz fluort, így a fluorra érzékenyek is használhatják. Vegetáriánusoknak pedig kifejezetten ajánlott.).
IV. A TÖMJÉN
1. Vallási és történeti vonatkozása A tömjén fogalma emlékezetek óta összefonódik a spiritualitással. Az ókorban valamennyi templomban égették, hogy kiûzze, távol tartsa a gonosz erôket és megtisztítsa a teret. Fokozza az elmélyülést. Az ókorban az arannyal és egyéb drágakövekkel egy rangban álló illatszer volt, ezért a hatalom jelképének is számított. Nem egyszer tört ki viszály, hogy mely uralkodó szerezze meg a kizárólagos forgalmazás jogát. Sába királynôje számított az egyik legnagyobb szállítónak, emiatt vállalkozott veszélyes útjára Salamon királyhoz.
2. Jellemzése 5. Gyógyászati alkalmazása
A tömjén illóolaj fôbb alkotóelemei az alfa-pinén, az alfa-tujén, a limonén (C10H16), a szabinén, valamint mono- és szeszkviterpén vegyületek. A tömjén vízben fehéres emulziót ad. Alkoholban oldódik, ezért alkoholos kivonással elkülöníthetô. A XIX. Század amerikai eklektikusai a mirhát külsô fertôtlenítôszernek tekintették, amelyet fájdalomcsillapítóként és fekélyek kezelésére alkalmaztak. Gyógyszerként emellett megfázás, gégegyulladás, asztma, torokfájás, emésztési zavarok, fogszuvasodás és a rossz lehelet kezelésére adták. Az eklektikusok arra is figyelmeztetnek, hogy nagy mennyiségben alkalmazva erôs hasmenést, izzadást, fejfájást, hányást, valamint fokozott szívdobogást okozhat. Indiai szakértôk pedig gyulladáscsökkentô hatását emelik ki. A mirha kesernyés, frissítô ízû, enyhíti a gyulladásokat, és az ínysorvadást okozó baktériumokat is elpusztítja. A kereskedelmi szájöblítôk is ezért említik összetevôik közt a mirhát. A fogkrémekbe is adnak mirhát adalékként (ilyen a például a gyógyszertárakban beszerezhetô DABUR fogkrém, ami az Ajurvéda szerint Indiában
3. Felhasználása régen és ma a gyógyászatban Legismertebb felhasználása a templomi szertarások során történô alkalmazása, az ún. füstölés. Erre régebben díszes edényeket készítettek a különbözô népek. Az edények ilyetén díszítése napjainkban már háttérbe szorult. Az ókori kínaiak a lepra, és a tüdôvész ellenszerének tartották, de keleten és nyugaton egyaránt használták légzôszervi megbetegedések, reuma, bôrbajok, vérbajok, vesebetegségek gyógyítására. A bôrt rugalmassá, fiatalossá teszi. A mai orvosok is el-
112 ismerik a tömjén-olaj számos gyógyító tulajdonságát, miszerint jótékony hatással van a sebekre, izomhártyákra, segít megtisztítani a tüdôt a váladékoktól, gyógyítja a légúti betegségeket, a hörghurutot. Segíti az emésztést, gátolja a nemi szervek fertôzôdését, a hólyagbántalmakat. Alkalmazzák még mellgyulladásnál, méh kezelésre, szülés utáni fájdalmak enyhítésére. Kisimítja a ráncokat, puhítja a bôrt, enyhíti a bôr zsírosságát. Segít megszabadulni a lelki szorongásoktól, gondterheltségtôl, visszaadja a lélek erejét. Támogatja az energia összpontosítását. Késôbb a mirha elsôsorban a fogínyvérzés, a száj fekélyes megbetegedései és a torokfájás gyógyszeres kezelése terén nyert jelentôséget. A középkori német rendfônöknô és herbalista, a bingeni Hildegard fogászati panaszokra mirhából és áloébôl készült keveréket ajánl, a késôbbi természetgyógyászok pedig meghûlés és mellkasi fájdalmak gyógyítására szolgáló köptetôként javasolták.
V. RECEPTEK Szájöblítôt készíthetünk saját magunk is. Áztassunk 1 teáskanál mirhát és egy teáskanál bórsavat 30 percig fél liter forró vízbe, majd szûrjük le az oldatot. Hidegen fogyasszuk. A szívinfarktus elleni gyógyteához egy teáskanál porított mirhát áztassunk forró vízbe 10 percig és szûrjük le. Nem szabad két csészénél többet inni belôle. Felhasznált irodalom: http://www.aromax.hu Hetedhéthatár 2003. 12. 19-i száma A Pallas Nagy Lexikona Biblia http://www.ah.hu Markó László: Szerves kémia
113
„A KILENC HÓNAPOS KÔSZÉN” Scheich Bálint Leõwey Klára Gimnázium, Pécs Felkészítõ tanár: Gaál Tiborné Nagy Mária A KÔSZÉN Ha a kôszénrôl beszélünk, akkor úgy fogalmazhatunk, hogy a kôszén az egyik legfontosabb fosszilis tüzelôanyag, növényi eredetû üledékes kôzet. Fosszilis, mert keletkezéséhez évmilliók kellenek. Elôször a dús vegetációjú lápok, ill. mocsarak területén elhalt növények anyaga felgyülemlett, mert az oxigénhiányos környezet miatt nem tudott elrothadni. Az idô múlásával a rákerülô üledékrétegek nyomása alatt a felgyülemlett anyag lassan egyre magasabb széntartalmú és fûtôértékû kôszénféleség keletkezett. Az egyes kôszénféleségek a következôk: Tôzeg (60% C) Lignit (60-65% C) Barnakôszén (65-75% C) Feketekôszén (80-90% C) Antracit (92-96% C) Jól látható, hogy egyik sem csak szenet tartalmaz, hanem más elemeket is (fôleg: O, H, S, N). A barnakôszenek például különösen sok ként tartalmaznak. Amikor a kôszenet elégetjük, a hatalmas mennyiségû energia mellett, melyet minden nap használunk, sajnos sokféle káros anyag is kerül a levegôbe. A szén-dioxidon kívül kéndioxid, nitrogén-oxidok és por kerül a levegôbe. Így a kôszéntüzelés nagyban felelôs Földünk mai, katasztrofális állapotáért. Ezért, és bizonyos gazdasági érdekek miatt a kôszéntüzelés kissé háttérbe szorult az energiatermelésben, de még mindig elengedhetetlen. Napjainkban egy "régi-új" energiaforrással próbálják pótolni, ez a biomassza.
A biomassza: A biomassza nem más, mint energiatermelésre termesztett növények (energiafû, fa) anyaga, melyet megfelelôen kezelnek (pl.: aprítás). A biomassza fûtôértéke megközelítheti, vagy akár meg is haladhatja a barnakôszén fûtôértékét is. Másik nagy elônye, hogy elégetése során sokkal kevesebb szennyezôanyag kerül a levegôbe. A pécsi Pannon Hôerômû is átállt már gáz- és biomassza-tüzelésre a kôszén
114
115
helyett. Így városunkban egyre tisztább levegôt szívhatunk:
A Pannon Hôerômû éves szennyezôanyag- kibocsátásának alakulása (tonna)
Mivel fûtôanyagról van szó, a fentiek közül a fûtôértéket érdemes kiemelni. A következô diagramm azt mutatja, hogy milyen az általam elôállított anyag fûtôértéke az egyes kôszénféleségekéhez képest:
Fûtõérték (KJ/kg)
18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000
2003 (széntüzelés)
4000 2005 várható (gáz- biomassza-tüzelés)
2000 0 Ké n-d
iox id
Ni tro
gé n-
Po r xid
Az anyag, amelyet most be szeretnék mutatni végül is nem más, mint a fent említett két fûtôanyag "kombinációja". Hasonló folyamat során keletkezett, mint a kôszén, csak sokkal rövidebb idô alatt. Avarból készült, amelyet összegyûjtöttem, majd vízzel keverve zárt edényben érleltem kb. fél évig. Ezután kötôanyagként kis mennyiségû étolajat és virágföldet kevertem az anyaghoz. Ezt kb. három hónapig préseltem, rázással homogenizáltam, végül kiszárítottam. Az eredmény egy barna, kemény korong lett. De ez önmagában nem sokat ér számok nélkül. A pécsi Pannon hôerômû jóvoltából sikerült megmérni az anyag egyes adatait:
Vizsgált jellemzôk Égésmeleg ûtôérték Hamu Összes nedvesség lló Hidrogén
Vizsgálati eredmények (KJ/kg) (KJ/kg) (m/m%) (m/m%) (m/m%) (m/m%)
20337 18889 17,83 6,36 59,98 5,90
aci t
A kísérlet:
Antr
it Lign
mo no
35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
Az adatok meglepôek. Jól látható, hogy az anyag fûtôértéke meghaladja a barnakôszén fûtôértékét. Ez természetesen nem a klasszikus értelemben vett kôszén, de úgy gondolom, hogy egy a természetben elképzelhetetlenül sokáig tartó folyamat utánzásával olyan anyagot sikerült elôállítanom, amellyel továbbra is érdemes foglalkozni.
116
117
ENTRÓPIAKOMEPENZÁCIÓ SZEREPE A KALIXARÉNEK ÉS SEMLEGES MOLEKULK GAZDA–VENDÉG KÖLCSÖNHATÁSÁBAN Szabó Elõd Levente Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma, Pécs Felkészítõ tanár: Mostbacher Éva Káros hatásuk miatt élettani szempontból egyes semleges aromás vegyületek fokozott veszélyt jelentenek. Ezek közé tartoznak a különbözô fenolszármazékok, melyek kimutatása a környezetben fontos. E semleges molekulák néhány, speciális szerkezetû molekulával gyenge komplexet alkotnak és ezt fel tudjuk használni kimutatásukra. Elôadásomban az erre vonatkozó vizsgálataimat mutatom be.
Fenolok
aromás vegyületek, amelyeknek molekuláiban legalább egy OH csoport
közvetlenül az aromás törzshöz kapcsolódik
A fenolok egy speciális fajtái a krezolok. Három izomer krezolt ismerünk: az orto, meta- és parakrezolt. Mind a három izomer vegyület, a kôszénkátrány 200° körül forró részében megtalálható. A fakátrány desztillációjakor keletkezõ, éghetõ, füstös ízû olaj, a kreozot nevéb?l származó szó. Krezol, ill krezol származékok a természetben is elôfordulnak: különbözô növények illóolajaként. Jázminban , Yukka virágában, szantál fában, tölgyekben. Az ilang-ilang illóolaj fô alkotórésze a linalool (cca. 50%), a β-krezol (15%), valamint a geranil- (5%) és a benzil-acetát (10%). Továbbá keletkezhet tûzvészekkor, vulkáni
aktivitás során. Kimutatták emberi és állati vizeletbôl is. A cigaretta szintén tartalmaz krezolt. Honnan kerülhet még a környezetünkbe: Oxidálóhatását használják ki: Növényvédôszer-gyártás Gomba, rovarító-szerek , baktericidek, féregírtókban: Pl:Amil-m-krezol, Dinitro-orto -krezol. Szilárd anyag kibocsátási határérték olyan hatóanyagok jelenlétében, amelyek nehezen lebonthatóak, de könnyen felhalmozódnak és toxikusak Gyanták, motor hajtóanyagokban, gumikban, robbanószerekben. A KREZOL-SZAPPAN elsôsorban a testfelület bekenésére, a ruhatetvek elölésére alkalmas, de fej-, és lapostetvesség esetén is használható. Kimutatásuk tehát mindenképpen szükséges környezetvédelmi szempontból. Kimutatásukra számos módszer áll rendelkezésünkre, így például: GC-MS, flame ionization detection, láng ionizációs detektálás (GC-FID), HPLC: folyadék kromatográfia, ezek mindegyike nagy eszközigényû és terepen nem használható. E hátrányok legalábbis részleges kiküszöbölésére irányultak a mi vizsgálataink is. Ezen vizsgálatok elôzményei Pécsi Tudományegyetemen végzett, a szelektív kémiai érzékelôk vizsgálatához kapcsolódnak. E vizsgálatok során a PTE Kémiai Intézetében a kisméretû elektrokémiai szelektív érzékelôk szelektív membránjának érzékelô anyagául szolgáló molekulák kölcsönhatásait tanulmányozzák. A szelektív kémiai érzékelôkben általában olyan vegyületeket használnak, amelyek a kimutatandó anyagokkal gyenge kölcsönhatásba lépnek, komplexet alkotnak és ennek eredményeképp valamely jól mérhetô fizikai-kémiai tulajdonságuk megváltozik. Semleges molekulák esetében a szelektivitást többnyire az alkalmazott molekulák sztereokémiai tulajdonságai határozzák meg. A jelképzés szempontjából célszerû a molekulának olyan, a kölcsönhatásra érzékeny tulajdonságát felhasználni, melyet nagy pontossággal tudunk mérni. Ilyen lehet például a elektrokémiai, optikai vagy termokémiai módszerekkel meghatározott, a komplex koncentrációjával arányos mennyiség. A bemutatott fenolszármazékok közül jelen munkánkban a parafenolok egy csoportjának, valamint a para és ortokrezol kimutatására végeztünk vizsgálatokat. Konkrét célkitûzésünk az volt, hogy megvizsgáljuk, hogy a para ill. ortokrezolok képeznek-e komplexet egy adott vegyülettípussal, ill. pontosabb információt nyerjünk a komplexképzés molekuláris folyamatáról.
118
119
Az ismertetett szempontok figyelembe vételével a fenolok komplexálására a kalix[6]arén hexaszulfonát molekula került kiválasztásra. Ez a vegyület nátriumsóként állt rendelkezésünkre. Ezen anyagokat Bitter István professzor úr szintetizálta számunkra a Budapesti Mûszaki Egyetemen. Ismert, hogy ezen anyagok, mint sók vízbe kerülve azonnal disszociálnak, tehát a nátrium ionok lelépnek a szulfonát csoportokról és helyükre az oldatból hidrogénionok léphetnek. Azt, hogy a lehetséges hat szulfonát csoport közül hányra kerül hidrogénion, azaz milyen a molekula protonáltsági állapota, azt az oldat pH-ja határozza meg. Miután nekünk fontos azt tudni, hogy a komplexképzôdéskor a molekula milyen állapotban van, a protonáltsági állapotot külön meg kellett vizsgálnunk és ennek ismeretében a pH-t pufferrel beállítanunk. A túloldalt látható ábrán a kalix-hat-arén különbözô protonáltsági állapotú formáinak megoszlása látható a pH függvényében. A megoszlást úgy határoztuk meg, hogy az anyagokat megtitráltuk, majd a titrálási görbéket a HyperQuad programcsomaggal kiértékeltük. Látható, hogy a 7-es pH környékén csaknem 100%-ban egyetlen forma van jelen: a kétszeresen protonált forma. Ezért a további vizsgálatokhoz 7-es pH-jú puffert használtunk.
Oldatkészítés Elsô lépésként ekvimoláris, 10-3M kalix[6]arén-hexaszulfonátot, és 10-3M p ill. o-krezolt tartalmazó törzsoldatot készítettünk foszfát-pufferben. A foszfát puffert azért használtuk, mert a kalorimetriás méréseket 0 és 50 celsiusfok közötti tartományban terveztük elvégezni és a foszfát puffer pH-jának hômérsékletfüggése ehhez megfelelôen kismértékû volt. E törzsoldatból 0.8, ... szeres hígítással ekvimoláris, tehát azonos koncentrációjú oldatokat készítettünk. mind a kalix[6]arén- hexaszulfonátból, mind a para- ill orto-metil-fenolból.
Az ábrán az a mikrokaloriméter látható, amelyen a mérések történtek. A méréseket mínusz 10 és plusz 130 celsiusfokos hômérséklettartományban lehet elvégezni 298 mikroliteres mintatérfogattal, melyet platina kapillárisba töltünk.
Mérés A mérés három fô lépésbôl áll: a mintaelôkészítés során az oldatunkat gázmentesítô készülékben 30 torr nyomáson tartjuk 15 percig. Erre azért van szükség, hogy a mérés során melegítéskor a készülék kapillárisában ne keletkezzenek buborékok. Ezt követôen az oldatot mikropipettával a kapillárisba töltjük. A készülékben két
120
121
kapilláris van, egyikbe a mintát, másikba az oldószert töltjük. Végül a készüléket a fedéllel lezárjuk. Ez egy gázmenetes kupak, amivel a záráskor a mintatérben három atmoszférára növeljük a nyomást. Erre azért van szükség, hogy alacsonyabb forráspontú minták esetén se történjen gázfejlôdés. Így a mérés három atmoszférán állandó nyomáson történik. Tudjuk, hogy az entalpia az izobár folyamatok reakcióhôjét jelenti, így az elmondottak alapján az entalpia méréséhez szükséges feltételek teljesülnek. Az ábrán a mérési paramétereket láthatjuk. A hômérséklet-tartományt 0 és 50 celsiusfok közé állítottuk be, a szkennelési sebességet pedig fél fok per percnek választottuk. Általában 4 görbét vettünk fel, azaz egy mintát kétszer fûtöttünk fel ill. hûtöttük vissza, hogy az esetleges hiszterézisbôl láthassuk, ha irreverzibilis folyamatok lépnének fel. Utóbbira azért van szükség, mert a komplexképzôdés ilyen gyenge komplexek esetén reverzibilis kell, hogy legyen. Az ábrán a paranitrofenol és kalixarén komplexképzôdésére vonatkozó DSC görbék láthatók. Az egyes görbék a különbözô, fefülrôl lefelé csökkenô koncentrációjú oldatokhoz tartoznak. A komplex diszszociációs reakció entalpiaváltozása az itt látható formulával számítható, azaz az egyes görbék alatti területekkel egyenlô. Ezen adatokból a komplexképzôdés moláris termodinamikai paraméterei számíthatók. A számítások részleteire azonban idôhiány miatt - esetlegesen felmerülô kérdések kapcsán térnék ki. A táblázat komplexképzôdés termodinamikai adatait mutatja. Ezek közül jelen vizsgálataink elsôsorban a para ill. ortokrezolra vonatkoztak ezért a továbbiakban ezen adatokat fogjuk elemezni.
Elôször a komplex szerkezetét vizsgáljuk meg. Ezt kvantumkémiai számításokkal korábban igazolták. Eszerint a vendégmolekula a kalix-hat-arén két szemközti, párhuzamosan elhelyezkedô gyûrûje között, szendvicsszerûen helyezkedik el a komplexben. Ez a szendvicsszerû elrendezôdés, amint látni fogjuk, döntôen befolyásolja a komplexképzôdés természetét.
122 A termodinamikai paraméterek változását vizsgálva megfigyelhetjük, hogy miközben a pi elektronok sûrûsége a para-nitro-fenoltól a para-metil fenolig (azaz krezolig) folyamatosan emelkedik, a szabadentalpia csökken, az entalpia pedig növekszik. A korábban említett van't Hoff egyenlet értelmében ez azt jelenti, hogy az elektronsûrûség emelkedése a komplex stabilitását növeli annak ellenére, hogy a komplexképzôdési reakció entalpiaváltozása (negatív számok, exoterm reakció !) ezzel párhuzamosan csökken. Mindez csak egyetlenegy módon lehetséges, mégpedig úgy, hogy az entalpiaváltozás csökkenését a jól ismert entalpia-entrópia kompenzációs effektusnak megfelelôen az entrópiaváltozás túlkompenzálja. Az entrópiaváltozást mutató ábrán látható, hogy ez pontosan így is van. Igaz ugyan, hogy mindegyik vendégmolekula esetében az entrópia csökken, ami a komplexképzôdést fékezi, hiszen energiát igényel, azonban az entrópiacsökkenés mértéke a krezolok irányába folyamatosan egyre kisebb lesz. Külön célszerû megvizsgálni a két krezolt. A termodinamikai adatok azt mutatják, hogy az entalpiaváltozás, ami a kalixarén és a krezolok közötti kölcsönhatási energiával arányos a para ill ortokrezol esetében csaknem teljesen azonos. Ez arra enged következtetni, hogy a kalixarén fenolgyûrûje és a krezol fenolgyûrûje között a pi-pi kölcsönhatás erôssége független a metilszubsztituens orto vagy para helyzetétôl. Ezt az elôzôekbôl gondolhatnánk is, hiszen a két molekula pi-elektronjainak sûrûsége csaknem teljesen azonos. Ugyanakkor - nagyon meglepô módon - az entrópiaváltozás az ortokrezol esetében fele, mint a parakrezol esetében. Felmerül a kérdés, hogy mi lehet e meglepô entrópiaváltozás hátterében ? Erre vonatkozóan az elképzelésünk a következô : A para-krezol esetében a molekula egyik végén - 4-es pozícióban - egy elektronküldô (elektrondonor) metilcsoport helyezkedik el, míg ezzel átellenesen, 1-es pozícióban egy elektronszívó (elektronakceptor) OH cso-
123 port. Ennek következtében a molekula felsô része elektronban gazdag, alsó része pedig elektronhiányos lesz. Amikor a kalixarén komplexálja a krezolt, a krezol egyenetlen töltéseloszlása ugyancsak egyenetlen töltéseloszlást indukál a kalixarén két átellenes fenolgyûrûjében. Ez az egyenletlen töltéseloszlás a jelentôs dipólusmomentummal rendelkezô vízmolekulákat a kalixarén körül rendezett elhelyezkedésre készteti. Ugyanakkor az ortokrezol esetében ez nem áll fenn, hiszen a közel egyenletes töltéseloszlás nem indukál jelentôs anizotrópiát a kalixarén gyûrûinek töltéseloszlásában, ami egyúttal a vízmolekulák elhelyezkedésében sem okoz jelentôs rendezettséget. Összességében tehát a parakrezol komplexálása során az entrópia sokkal jelentôsebben csökken, mint az orto-krezol esetében. Munkánkat a következôkben foglalhatjuk össze. Fenolszármazékok egyszerû, szelektív és érzékeny kimutatására irányuló vizsgálatokhoz kapcsolódóan felmerült e semleges molekuláknak kalixarénekkel, mint potenciális membrán alapanyagokkal alkotott komplexeinek vizsgálata. Ezért kalorimetriás módszerrel meghatároztuk néhány fenolszármazék kalixarén molekulákkal történô komplexképzôdésének termodinamikai paramétereit. Ennek során megállapítottuk, hogy a kalix-hat-arén hexaszulfonát stabil komplexet alkot a fenolokkal, tehát alkalmas szelektív érzékelô membrán készítésére. A komplex stabilitása a fenolszármazékok elektronhiányosságának mértékében csökken, annak ellenére, hogy ezzel párhuzamosan a molekulák között a kölcsönhatási energia nô. Megállapítottuk, hogy ez a hatás az entrópia sajátos változásával magyarázható és a krezolok példáján bemutattuk, hogy az entrópiaváltozás molekuláris szinten hogyan tudja befolyásolni a komplexképzôdést.
124
125
FOTÓPAPÍROK SZÍNEZÉSE Batik Dávid, Csankó Krisztián Pollack Mihály Müszkai Szakközépiskoláa, Pécs Felkészítõ tanár: Göbl László A fotózás már évszázados múltra tekint vissza. Azért keltette fel az érdeklôdésünket ez a téma, mert kevesen foglalkoznak ezzel a szakterülettel, sôt manapság a digitális technika miatt egyre jobban a perifériára szorult. Például a kamerás mobilok vagy az egyre kisebb digitális fényképezôgépek miatt, amelyek minôsége már meghaladja a régi, kémiai úton mûködô fotók minôségét. Ezzel az elôadással szeretnénk emléket állítani eme régi mesterségnek. Kutatásaink alapját egy régi könyvbôl szereztük, melyben részletesen le van írva a fotópapírok típusa, elôhívófolyadékok elôállítása és egy érdekes rész a fekete-fehér fotók színezésérôl, ami felkeltette érdeklôdésünket és jobban utánajártunk. Hogy megértsük mi is az a fényképezés egy kicsit a technika mögé kell néznünk. Mi is az a fotópapír és mi történik vele fényképezéskor? Általában véve 2 féle fotópapírt különböztetünk meg (a színes és a fekete-fehéren belül), a pozitív és a negatív, valójában e kettô ugyanaz, csak abban az anyagban különböznek amire ráviszik a képet, ill. a megvilágítás módjában. Pozitív képet a negatívból úgy készíthetünk, hogy a negatívot fénnyel átvilágítják. A pozitív képen, vagyis a fotópapíron is ezüst-bromid van. A sötét részen nehezebben megy át a fény, kevesebb AgBr bomlik, világosabb lesz, illetve fordítva. Így készülnek a régi, szürkeárnyalatos képek, de ugyonez volt régebben a színes képek elôhívásának elsô lépése is. A fotópapír alapanyaga egy fényérzékeny anyag, az AgBr melyet zselatinba ágyazva vonnak rá a papírra. Ezt úgy teszik meg, hogy melegen, zselatintartalmú vizes AgNO3 és KBr oldatot öntenek össze, ekkor AgBr csapadék válik ki. Ezt nyers emulziónak nevezzük, mely fényérzékenysége még nagyon gyenge. Ezután az emulziót érlelik a fényérzékenység növelése érdekében úgy, hogy melegen tartják, és így a AgBr szemcsék mérete megnô (összekristályosodik). A kihûlt és megszilárdult zselatint még órákra vízbe áztatják, így a maradék oldható só is kioldódik belôle. Sheppard kemény munkával megállapította, hogy abból az emulzióból lesz jó fotópapír, ami 0,0001% allilmustárolajat (C3H5NCS), vagy ahhoz hasonló, kéntartalmú vegyületet tartalmaz. Ez azért van, mert elôhíváskor csak ott indul meg a reakció megfelelô sebességgel, ahol az Ag atomok száma eléri a 300-at (mikrométerenként). A fotózáskor lencséken át fény vetül a papírra, néhány tized másodpercre, amin
emiatt fém ezüst válik ki. A kivált ezüst katalizálja az elôhívás reakcióját, azon a helyen ahol a fény érte. Ezért fontos a kén szennyezés a papíron, mert például, ha a kén szennyezések miatt már kiválik 250 atom, akkor a fénynek már csak 50-et kell létrehoznia. Elôhíváskor a filmen megbontott szemcséket redukálószerekkel tovább bontják. Ezek a redukálószerek: metol, amidol, glicin, de általában az 1,4-dihidroxi-benzolt, vagyis a hidrokinont használják különbözô más funkciójú vegyületekkel például NaOH-al a lúgos közeg biztosításáért, ill. KBr-al a reakció lassításáért. Vigyázni kell, mert a túl sokáig az elôhívóoldatban tartott képen ott is megindulhat a reakció ahol nem is vált ki ezüst. Rögzítéskor vagy fixáláskor a filmen megmaradt AgBr-ot el kell távolítani. Ezt egy jó komplexképzô vegyülettel, a nátrium-tioszulfáttal vagyis a fixírsóval tehetjük meg. Pozitív képet a negatívból úgy készíthetünk, hogy a negatívot fénnyel átvilágítják.A pozitív képen, vagyis a fotópapíron is ezüst-bromid van. A sötét részen nehezebben megy át a fény, kevesebb AgBr bomlik, világosabb lesz, illetve fordítva. Így készülnek a régi, szürkeárnyalatos képek, de ugyanez volt régebben a színes képek elôhívásának elsô lépése is Vizsgálatainkhoz mi is elôállítottunk kezdetleges fotópapírt, amelyekre fényt vetítettünk, majd megpróbáltuk elôhívni. Sajnos a mi "fotópapírunk" túl vastagra és kevésbé fényérzékenyre sikerült, így az elôhívás kevésbé volt sikeres. Ezek után nekiálltunk kipróbálni a könyvben leírt színezô keverékeket. Elkészítettük a könyv alapján a színezô oldatokat.A színezés kivitele nagyon egyszerû. A képeket elôzôleg vízbe áztatjuk, majd a megfelelô sorrendben belemártjuk ôket a színezô anyagba és a leírt ideig benne tartjuk, majd mossuk. A legegyszerûbbel kezdtük a barnítással. Az elôkészített filmeket belemártottuk a halványító oldatba, majd egy perc elteltével a kép elhalványult, ezután mostuk, majd elôhívó oldatba mártottuk, ahol azonnal tapasztalható volt a barna szín megjelenése. Ez után következett a piros színezés. A hasonlóan kezelt képet 3 percre az oldatba áztattuk. Érdekessége, hogy az idô függvényében változtatja az árnyalatát. A zöld festô oldat annyiban különbözik, hogy három komponensbôl dolgozunk. Mivel ez a színezés nem tartós, ezért fixáló fürdôvel kezeljük a festett képet. A legkomplikáltabb a kék színezés, ugyanis az eljárás során fényérzékeny kép keletkezik, amit újra fixálni kell, ezért sötétben kell végezni az eljárást. De az eredmény a legszembetûnôbb a festések közül. Mivel a vegyszerek bonyolult, komplexokémiai reakciókban reagálnak a fényképen lévô fém ezüsttel, ezért nem találtunk sehol reakcióegyenletet, csak egy-két komponens funkcióját ismertük, ezért kérrvcsôreakciókat végeztünk a festô oldatokkal oly módon, hogy az alapanyagokat különbözô sorrendben reagáltattuk egymással, fém
126 ezüsttel és ezüst-nitráttal. Kísérleteinkkel a következôket állapítottuk meg: Az oldatok 4 más és más funkciójú vegyszerbôl állnak. A fô aktiváló vegyszer (káliumhexaciano-ferrát), mely a fém ezüstöt teszi reakcióképessé, ezüst-hexacianoferrát komplex formában. A színt adó vegyszer (CoCl2, CuS04) mely az elôzô komplexszel adja az új színû vegyületet, mely minden esetben csapadék. A lassító és tartósítószerek, melyek a színváltást teszik jól láthatóvá és idôben megszakíthatóvá, valamint a reagens oldatot tartósítják. A pH-t adó vegyszer mely a reakció végbemenéséhez biztosítja a közeget. Legérdekesebb számunkra a piros színezék volt, mivel a réz-szulfát a vörösvérlúgsóval reakcióba lépne, ezért a réz ionokat a kálium-citrát, réz-citrát kelátkomplex formájában megköti, így az ion nem tud reagálni a vörösvérlúgsóval. A fotó ezüstjével a káliumhexaciano-ferrát elreagál, az új vegyület az ezüst-hexaciano-ferrát, ami reakcióképesebb és ez reagál a komplexszel. A keletkezô színes anyag a réz-hexacianoferrát. A túloldali táblázatban láthatóak az eredményeink: Reméljük, hogy elôadásunkkal felkeltettük az érdeklôdésüket a hagyományos fényképezés technikája iránt ami sokkal érdekesebb mint a mai digitális technika amivel bármilyen színezést könnyedén elvégezhetünk Köszönjük a felkészítést Göbl Lászlónak és a közremûködést Stier Évának.
127 Összetevô neve: Képlete: Színezés:Reakcióegyenlet: Halványítóoldat: Barna Vörösvérlúgsó K3{Fe(CN)6} Ag + K3{Fe(CN)6} = Ag3{Fe(CN)6} Kálium-bromid KBr Ammónia oldat, szalmiák NH4OH Ag3{Fe(CN)6} + Na2S = Ag2S Elôhívóoldat: Nátrium-szulfid Na2S I. oldat: Kék Ag + K3{Fe(CN)6} = Ag3{Fe(CN)6} Vörösvérlúgsó K3{Fe(CN)6} Ammóniumnátrium-hidrofoszfát Na(NH4)(HPO3) Fe(NH4)(HPO3) + K4{Fe(CN)6} = II. oldat: Fe3{Fe(CN6)} Timsó KAl(SO4)2 Vastimsó, Mohr-só Fe(NH4)(SO2)2 Nátrium-hidroszulfát NaHSO4 Rézszulfát CuSO4 * 5H2O Piros CuSO4 + C2H4OH(COOK)3 = {C2H4OH(COO)}4Cu + 4 K2SO4 Kálium-citrát C2H4OH(COOK)3 Vörösvérlúgsó K3{Fe(CN)6} Ag + K3{Fe(CN)6} = Ag3{Fe(CN)6} Kálium-bromid KBr {C2H4OH(COO)}4Cu + Ag3{Fe(CN)6} = Cu3{Fe(CN)6}2 I. oldat: Zöld Ag + K3{Fe(CN)6} = Ag3{Fe(CN)6} Kálium-bikromát K2Cr2O7 Vörösvérlúgsó K3{Fe(CN)6} Ag3{Fe(CN)6} + CoCl2 = Co3{Fe(CN)6}2 II. oldat: Kobalt-klorid CoCl2 Vasszulfát FeSO4 Koncentrált sósav HCl
128
129
A PARFÜMKÉSZÍTÉS ÉS AZ ILLATOS SZAPPAN KÉMIÁJA Vrászlai Dalma, Udvari Vivien Pollack Mihály Mûszaki Szakközépiskola, Pécs Felkészítõ tanár: Göbl László PARFÜM Kellemes szagú anyagok megfelelô arányú, mesteri keverésével létrehozott illatszer; 10-25 % parfümkoncetrátumot tartalmazó oldat. A latin per fumum kifejezésbôl eredô szó jelentése: füstön át.
Parfüm készítés, eljárás, ált. tudnivalók Alapanyagai növényi vagy állati eredetû természetes anyagok, valamint
mesterséges vegyületek. Az illóolajokat elsôsorban vízgôz-desztillációval nyerik a növényialapa-
nyagokból. Néhány finom olajat oldószeres extrakcióval állítanak elô, ugyanezzel az el-
Az aldehides csoportban rendszerint a gyümölcsillatú aldehidek uralkodnak. A férfiaknak szánt illatanyagok többnyire citrus, fûszer, bôr, levendula, páfrány és fa jellegûek.
Eljárás Egy 500 cm3- es gömblombikba 15g ôrölt fûszert és 150 cm3 vizet teszünk.
A lombikot desztilláló berendezésbe iktatjuk, majd elektromos melegítôkráterrel melegítjük. Az oldalszáras lombikot (szedô) jégfürdôben hûtjük. Körülbelül 50cm3 párlatot gyûjtünk. Az illóolajok a párlatban olajos cseppek formájában jelentkeznek.
Vízgôzdesztilláló
250 cm3- es gömblombik szegedi desztillálópipa hûtô 500 cm3- es oldalszáras gömblombik csiszolatos hômérô melegítôkráter krist. tál (jégfürdôhöz)
járással vonják ki a viaszokat és a parfümolajokat is. Az anflörázs nevû extrakció során a virágszirmokat tisztított állati zsírréte-
gek közé helyezik, majd a virágolajjal telített zsiradékból alkohollal állítják elô a tömény virágolajoldatot.
Parfümök osztályozása, csoportosítása A parfümöket rendszerint egy vagy több domináns illat szerint osztályozzák. A virágillatú parfümök jázmin-, rózsa-, gyöngyvirág-, szegfû-, fahéj- és szerecsendió aromával készülnek. A fa jellegû illatok komponense lehet a vetiver (a vetiverfû aromás származéka), a szantál- és cédrusillat. A mohás illatcsaládot a tölgymoha aromája uralja. A keleti jellegû parfümökben a fás, mohás és fûszeres tónus édes illatokkal, például vaníliával és balzsammal keveredik. A bôr-dohány csoport parfümjeibe a bôr, a dohány és a nyírfa kátrányfüstös aromáját keverik.
Vizsgálatainkhoz az alábbi növényeket használtuk fel. A desztillált anyagokat különbözô módon összekevertük és oldószerként etil-alkoholt használtunk.
Vaníliarúd Szegfûszeg Szerecsendió Borókabogyó Narancs Citromlevél Fahéj Kakukkfû Ánizs
130
131
A szappanok nagy szénatomszámú karbonsavak alkálifémekkel alkotott sói, vízben jól oldódó ionvegyületek.
VÍZ, VÍZ TISZTA VÍZ? PÉCS VÍZNYERÔ TERÜLETEI Markovics Márk, Kollár Dénes PTE Deák Ferenc Gyakorló Gimnázium és Általános Iskola, Pécs Felkészítõ tanár: dr. Halblender Anna MIÉRT
Lúg hatására az észter hidrolizál, így glicerin és a megfelelô zsírsavak kálium sója keletkezik. Az etil-alkohol gyorsítja az elszappanosítási folyamatot. A kisózás során a kolloid eloszlású szappanrészecskék védô hidrátburkot az erôsebben hidratálódó elektrolit (NaCl) magához köti, így a védô hidrátburkát vesztett szappan kicsapódik és a felületén gyûlik össze. Az óvatos hûtés elengedhetetlen.
Szappankészítés receptúrája A gömblombikban 20cm3 etil-alkoholban feloldottunk 4g KOH-ot rázogatás közben,majd hozzáöntünk 20cm3 étolajat. Az oldatot 10 percig fôztük. A szappanenyvhez 10g NaCl-ot adtunk. Ekkor a szappan vékony réteg alakjában az oldat felszínén gyûlt össze.
VÁLASZTOTTUK A FENTI TÉMÁT?
Részben fontossága, részben pedig az indokolja, hogy a Pécsi Vízmû Rt. az iskolánkban elsôk között helyezte el lapozható faliújságát. Ezen rendszeresen olvashatunk a víz felhasználásáról, tisztításáról, tanácsokat a vízzel való takarékoskodásról, stb. Munkákban is kaptunk tôlük segítséget. A téma azért is aktuális, mert ahogy nô a víz felhasználása, a szennyvíz kibocsátás is emelkedik. Egyre jobban meg kell becsülnünk a tiszta vizet, az édesvizet, mely felhasználható víz formájában a Földünkön az összes vízkészlet mindössze 0,7 %-a.
A VÍZ FONTOSSÁGA Az élet születésének még nem minden részletét ismerjük pontosan, abban azonban biztosak lehetünk, hogy az élet bölcsôje az óceán vize volt. A víz az élet fenntartásához, az élô anyag mûködéséhez is feltétlenül szükséges. Az emberi test kb. 60%-ban tartalmaz vizet. Szervezetünknek tehát naponta, rendszeresen, bizonyos mennyiségben vízre van szüksége. Ez a vízmennyiség a megivott folyadékból és a különbözô élelmiszerekbôl származik.
HONNAN NYERI PÉCS VÁROSA AZ IVÓVIZET? Pécs városa 113 éve vezetékes ivóvízzel rendelkezik. Ôsidôk óta fogyasztották a Mecsek hegység lábánál a Tettye-forrásból fakadó vizet. A Tettye-forrás az országban a második legnagyobb víztározó. Vize megfelelô mennyiségben és minôségben kínálkozott. A vízmû üzembe helyezésének éve 1892. Vizgyüjtô területérôl keveset tudunk - akkor még nem végeztek erre vonatkozó kutatásokat. Ahogy megnövekedett a fogyasztási igény, új víznyerô területek után kellett nézni.
132 Jelenleg Pécs és környéke 4 víznyerô területrôl kapja a ivóvizet: Tettyei Tortyogói Pellérdi Mohács-szigeti Közben intézkedéseket hoztak, hogy ezekre a vízgyûjtô területekre milyen megkötések vonatkozzanak, hisz itt se kémiai, se biológiai szennyezés nem érheti a vizet. A környezetvédelem mindig fontos alapelv volt a vízbiztosításban.
A tettyei vízterület: a legsérülékenyebb, mert a Mecsek mészkôhegység; itt karsztvízforrás van. A kutak 100-150 méter mélységbôl hozzák felszínre a vizet. Ilyen mélységben nincs kórokozó baktérium, a fertôtlenítésre mégis szükség van, mert például csôtöréskor bejuthat a rendszerbe. Fertôtlenítésre Na-hipokloridot, azaz hypót használnak. Fontos a nehézfémek kimutatása a vízbôl ez kb. 40 elem. ICP spektrofotométer segítségével történik. Lényege, hogy a vízmintát lángcsóvával 10000 K-re hevítik, s a benne lévô fémek (fémionok) ezen a hômérsékleten gerjesztôdnek. A kapott színképet összehasonlítva a fémre jellemzôre, kb. 3 perc alatt megállapítható mikrogramm/literben a fémion jelenléte, mikrogramm = a milligramm ezredrésze! A Hg esetében pl. 1 mikrogramm / liter a határ, Pb esetén 10 mikrogramm / liter a határ.
A pellérdi víznyerô terület: (P-terület) kútjainak nagy része a megengedettnél nagyobb mértékben tartalmaz vasat és mangánt. Ez egézségünkre nem ártalamas, bár esztétikailag zavaró lehet. Csôtöréskor sárgásbarna vas-oxid kerül a csapokba. Ennek következtében mosáskor elszínezôdhetnek a ruhák is. Azért, hogy az ivóvíz minden esetben színtelen, azaz átlátszó legyen, vas-eltávolítási technológiát kell alkalmazni. A vastalanító berendezés töltetetének tartalma: kavics (kétféle méretben) és aqua mandix nevû anyag. Lényege, hogy ezen a kavicságyon többször átfolyatják a vizet, s a felületén megtapad a vasvegyület.
A tortyogói a víznyerô területen: a zagytározók melletti kutak nem üzemelnek. Az egykori uránbánya közelsége ellenére az ezen a területen nyert ivóvíz urán-izotópot nem tartalmaz, és egyéb radiológiai szennyezést sem. Az ICP-s berendezés az urántartalmat is meg tudná állapítani.
133 A mohács-szigeti víznyerô terület: nem Duna-víz!, hanem a sziget fúrt kútjaiból nyert ivóvíz. A mélyfúrású kutaknál sok szûrôrétegen át ér felszínre, és ezért a legtisztább és a leglágyabb a víz. A Pécsi Vízmû Rt. laboratóriumában tett látogatásaink során megismerkedtünk a víz keménységének vizsgálatával is. Kemény víznek nevezzük, azokat a vizeket, amelyek oldott kalcium- és magnéziumvegyületeket tartalmaznak. Mûszeres méréssel meghatározzák a vízminta fajlagos vezetôképességét. Ebbôl következtetni lehet arra, hogy sok iont tartalmaz-e. Megvizsgálják a pH-ját is. 6,5-9,5 lehet elfogadott, ha enyhén lúgos a víz nem baj, a vér is a pH-ja alapján lúgos. Az összkeménységet titrálással határozzák meg. 50 ml vízmintához 2 ml pufferoldatot adunk és eriokrómfekete T. indikátor jelenlétében EDTA mérôoldattal rózsaszín színbôl kék színátcsapásig titráljuk. A keménység számítás módja: faktor (EDTA) x fogyás x 2. MSZ 448/21-86 sz. ivóvíz vizsgélat alapján történik. A megfelelés mértéke: 5-35 NK, 50-350 mg/l CaO.
Az egyes víznyerô területeken eltér a víz keménysége: Víznyerô területek Tettyei Tortyogói Pellérdi Mohács-szigeti
Keménység NK-ban 27-28 NK
Keménység mg/l CaO-ban 270-280 mg/l CaO
Az általunk gyûjtött vízmintákat is bevizsgáltuk: Kutak Boda Istenkút Éger-patak Zsebedomb Pellérdi vízbázis
Fogyás 19,9 ml 14.6 ml 5 ml 11,95 ml 11 ml
Keménység NK Keménység mg/l CaO 41 NK 410 mg/l CaO 30 NK 300 mg/l CaO 10 NK 100 mg/l CaO 25 NK 250 mg/l CaO 23 NK 230 mg/l CaO
Élvezeti szempontból elônyös a sok ásványi só a vízben, jóllehet a mosógép, kávéfôzô stb. nem örül ennek. A magas Ca, Mg stb. miatt ásványvíz minôségû a pécsi víz, de a fluoridion, jódidion tartalma kevés ezért nem kaphat ásványvíz minôsítést. Szerencsére a nitrit és a nitrát tartalom alacsony benne.
134 Pécs víznyerô területei: 1995 óta folyik az eredeti állapot visszaállítása a pécsi víznyerô területeken. Az uránbánya mûködtetése során is voltak óvintézkedések, hogy ne kerülhessen a tározókból szennyezô anyag a levegôbe, a vízbe, a talajba. Ebben a térségben a radiológiai szennyezés az uránérchez ill. a társelemeihez kapcsolódik. Kôvágószôlôs és a térség települései alatt a mélyben radioaktív anyagok találhatók. Az itt jelentkezô sugárzás egy része természetes eredetû, más része a bányászatból, ezen belül a zagytározóból, ill. a meddôhányó elhelyezkedésébôl ered. Azt kell vizsgálni, hogy ez utóbbi a talajra, a talajvízre milyen hatással van. A Nyugat-Mecsekben folytatott uránbányászat és -feldolgozás tette szükségessé a térségben két zagytározó kialakítását a Mecsek déli elôterében. Az Ércdúsító Üzembôl kilépô meddô zagyot szelektálták, a sûrû részt (aljzagy) a zagytározó gátjának építésére használták, a híg részt (fejzagy) a tározóba juttatták. Az uránércet a kôzetekbôl savakkal oldották ki. Sokféle oldat keletkezett (sósav, kénsav), s ezek sói (leggyakoribbak a magnézium-szulfát és a nátrium-klorid), kioldódtak, s kidobásra kerültek. A két zagytározó a pellérdi és tortyogói vízbázis között létesült, melyek Pécs ivóvízellátásának 60%-át biztosítják. Az a kibányászott kôzet, amiben már olyan kevés uránérc volt, hogy nem lehetett hasznosítani, meddôhányóba került. A meddôhányókat földdel letakarták, fásították, a víz elvezetésére árkokat, medreket hoztak létre. Árokrendszert alakítottak ki, s az így összegyûjtött vizet a víztisztítóba vezetik. A talajvíz ill. a rétegvíz nagy valószínûséggel elszennyezôdött ezeken a víznyerô területeken. Figyelôkutakat hoztak létre. A figyelôrendszer (más szóval monitor rendszer) körbeveszi a településeket. Folyamatosan vizsgálják, hogy közelít-e a szennyezôdés. A szennyezett vizet kiszivattyúzzák, majd kitisztítják. Idôvel a figyelô kút termelô kúttá válik, ha víztartalma már nem szennyezett. A mai napig tart a zagytározók környezetbe való visszaillesztése, a környezetvédelmi munka. Külön vizsgálják a talajvíz és a rétegvíz szennyezettségét. Ez utóbbi, mivel mélyebben helyezkedik el, sokkal kisebb mértékben szennyezett. Szabályozott az ivóvíz iontartalma. Szulfátionból a legnagyobb érték 20 000 mg/l volt. Urán esetében mikrogramm/lben adják meg a koncentrációt. A talajvízben nagyobb az urántartalom, mint a rétegvízben. Ennek azaz oka, hogy az urán sói nem vízoldékonyak. Tehát az urántartalom kevés a vizekben a vizsgált területeken. Az Ércdúsító Üzemnek egy részlege a laborokban vizsgálja a szennyezettséget, s óvintézkedéseket hoz. Nagyon komoly felszereltséggel rendelkeznek. A minták elemzése kiterjed a nyomelemekre is: Ag, Al, As, Ba, Cd, Mn, Mg, Fe, Cu, Sb, Zn, Ti, V, Si, Sn, Se, Ni, Mo, Hg, Ga. Kis mennyiségben, de ezek az elemek is jelen vannak. A vizsgálatot tömegspektrométer segítségével végzik. Pár ml folyadékból ill. mintából minden fémet ki tudnak mutatni. Nagy eltéréseket eddig nem mutattak ki a mûszerek. Az elmondottak alapján biztosak lehetünk-e abban, hogy valóban tiszta vizet öntünk a pohárba???
135
VEGYI HADVISELÉS TEGNAP ÉS MA Majdán Miklós PTE Deák Ferenc Gyakorló Gimnázium és Általános Iskola, Pécs Felkészítô tanár: Jurisics Judit A vegyi hadviselés kezdete (ahogyan a háborúké) nem datálható pontosan, talán az elsô civilizációk kialakulásának idejére tehetjük. A kénbôl, olajból készült gyújtóbombákat már az egyiptomiak és a mezopotámiaiak is ismerték és hadjárataik során alkalmazták is. A kémia katonai célú közvetlen felhasználása a görögökkel kezdôdik el. Itt válik általánossá a kutak megmérgezése, a gabona megfertôzése és a tudomány alkalmazása az új fegyverek feltalálásánál. A görög hadviselés virágkorát az ún. klasszikus korban élte, ebbôl is kiemelkedik a görög-perzsa háborúk (492-479) és a pelloponnészoszi háború (431-404). Ebben az idôszakban vált jellemzôvé a holttestek belövése katapultokon az ellenséges városokba és a szándékosan hátrahagyott fertôzô felszerelési tárgyak valamint a kutak kénnel ill. dögökkel történô megmérgezése útján járványok mesterséges elôidézése. A középkorban inkább az ember -ember elleni küzdelem dominált, nem a gépek és vegyi anyagok harca (kivétel a nagy pestisjárvány 1347-es indulása, mivel itt a Kaffát ostromló tatárok a biológiai hadviseléshez folyamodtak: a pestises hullákat belôtték a várba). A kémia csak igen lassan fejlôdött az Újkor hajnalán, a folyamat gyorsaságát alig növelték a földrajzi felfedezések és az alkimisták kísérletei. A vegyi hadviselés alapvetô áttörése, a nagyüzemi, garantáltan biztos tömegmészárlás a 19. század végi technikai robbanással következett be. A szándékosan terjesztett járványok helyett már modern üzemekben elôállított, erre tervezett harci gázok terjedtek el. Ezeknek a gázoknak, vegyi anyagoknak a családfája a 19. század második felében megjelent fejlett rovarirtó szerekig nyúlik vissza. Az ezekben az anyagokban rejlô baljóslatú lehetôségek ellen a genfi konvenció nyújtott védelmet a harci gázok, késôbb biológiai fegyverek bevetésének tiltásával (kivéve az elsôként alkalmazó fél elleni válaszcsapást). A konvenciót természetesen nem tartották be. Az 1914 nyarán kirobbanó I. Világháború során elôször alkalmazták a vegyi fegyvereket élesben. A mindig is kalandor, agresszív német hadvezetés volt a kezdeményezô. A nyugaton kialakult patthelyzet megoldására vetették be 1915. április 22-én a harci gázt a belgiumi Ypres mellett. A gáz több ezer katona halálát okozta, a német tervek mégsem sikerültek. A következmény pedig az lett, hogy ezután már a franciák, és az angolok is alkalmaztak harci gázt. A gázt leginkább a támadások elôkészítésére és az ellenséges tüzérség megbénítására használták.
136 A késôbbi nagy csaták (Somme, Verdun, Isonzo, Caporetto Argonne) állandó jellemzôje lett a gáz által okozott hirtelen tömeghalál (fôleg ha a gyalogság nem kapott vegyvédelmi kiképzést. A legnagyobb gáztámadásra, 1917 ôszén került sor, az olasz fronton, Caprettónál. Az eredmény: elsöprô olasz verség, és a Monarchia csapatainak elôrenyomulása egészen a Piave vonaláig (több tízezer olasz halott, több százezer hadifogoly). A háború folyamán leginkább foszgént (fojtógáz) és mustárgázt alkalmaztak. A foszgén hatása: fulladás(az emberek feje lila lesz) a mustárgáz szembe jutva vakságot okoz , a bôrrel való érintkezése pedig fekélyes sebeket eredményez. Más gázok belégzés után a tüdô "elégését" okozzák (ezután az áldozat darabonként köpdösi ki a tüdejének roncsait). A gázok hatásain elrémülve a gyôztesek Németország, Ausztria, és Magyarország számára megtiltották, hogy bármilyen harci gázt állítsanak elô, vagy tároljanak. A más megszorító intézkedésekkel együtt ennek ellenôrzésére is bizottságokat hoztak létre, hogy a vesztesek területén ellenôrzéseket folytassanak, és a készleteket elkobozzák Ezek a bizottságok egészen a 1920- as évek végéig tevékenykedtek. A vegyi fegyverek újabb jelentôs "szereplése" a gyarmati háborúk során következett be. Eleinte a franciák, késôbb az olaszok alkalmaztak harci gázokat gyarmataik határainak kiterjesztése során. Az 1935-36-os „Etióp háború” során az olasz csapatok mustárgázt alkalmaztak az ellenállás megtörésére Az új olasz parancsnok (Badoglio marsall) személyesen érdeklôdte meg Mussolini egyik fiától a lehetséges „esélyeket”. Miután a légierô és a „vezér” is támogatta az ötletet Badoglio parancsot adott a mustárgáz bevetésére. Az etiópok (akik amúgy is nevetségesen elavult fegyverzettel rendelkeztek: például nem volt cipôjük) teljesen védtelenül álltak ez elôtt a pusztító anyag elôtt, és súlyos veszteségeket szenvedtek. Eleinte nem is értették, hogy az olasz gépek miért nem bombákat szórnak, és arcukat az ég felé fordítva kíváncsian szemlélôdtek. A csapás így elsöprô erejû volt. Rengeteg etióp harcos megvakult, míg másoknak a csontjukig lemarta a húst a vegyszer. Az etiópok lovasságára is komoly hatást gyakorolt a szer, mivel lovaik egy jelentôs része elpusztult, míg a többinek táplálék nem jutott a szennyezett füvön kívül Így a vegyszerek (is) hozzájárultak a hôsiesen küzdô etiópok leveréséhez, ám a „gyôzelem” csak dicstelenséget hozott a „gyôzônek”. A vegyszerek használata a második világháborúban már nem a fronton, hanem a náci és japán hadifogoly illetve megsemmisítô táborokban vált általánossá, ahol a hadifoglyokon és zsidókon végzett rettenetes emberkísérletek is zajlottak. A gyenge minôségû vegyszerek után olyan speciális teherautókat építettek, amelyek szén-monoxidot termeltek, és azt a rakodótérbe bezárt foglyokra engedték. Ez a módszer sem volt elég hatékony, így 1942-tôl áttértek a gázkamrák építésére. Eredetileg foszgént használtak, de ez az ideggáz túl lassan hatott és így a foglyoknak
137 rendzavarásra adott alkalmat. Késôbb áttértek az eredetileg növényvédô-szernek tervezett „Ziklon B” használatára, amelyet egy dobozból szórtak be a felsônyílásokon. A szer a kamrába bezsúfolt emberek testhômérsékletétôl lépett mûködésbe. A folyamat kb. 15 percig tartott, és utána 20-25 percet vártak, amíg a gáz elvesztette hatását. A vegyi kísérletek a SS ellenôrzésével a háború utolsó napjáig folytatódtak a táborokban és a titkos laboratóriumokban. (Elsôsorban a Rajna-vidéki IG Farben üzemeke közelében.) A japánok is létrehozták a hadifoglyokon végzendô vegyi kísérleteket végzô speciális egységeket. Ebben olyan orvosok és katonák szolgáltak, akik a különbözô harci gázok emberekre gyakorolt hatását vizsgálták. A kísérletek nagy részét Pingfanban végezték, különbözô injekciókat adtak be a foglyoknak, majd betegségek kialakulásával párhuzamosan szövetmintákat vettek ki az alanyokból. Haláluk után felboncolták, majd elégették ôket. A foglyokon fagykísérleteket is végeztek. A mustárgázzal kapcsolatos kutatásaik jórészt kínai civilek „bevonásával” folytak. A foglyokat kis csoportokban kiterelték a börtön melletti hatalmas pusztaságba, ahol különbözô testhelyzetekben cölöpökhöz kötözték ôket. A foglyok fejét gyakran az ég felé fordítva kimerevítették. Ezután az ôrség távozott, s egy repülôgép mustárgázzal szórta be a területet. A haldokló foglyokat visszaszállították a kórházba, ahol a japán orvosok haláluk beálltáig vizsgálták ôket, s mindezt pontosan dokumentálták (fényképek, leírások, stb.) Az alanyok jórészt fiatal, kényszermunkára erôszakkal behívott kínai civil férfiak voltak. A szövetséges foglyokon ilyen kísérleteket ugyan nem végeztek, de közülük Rabaulban 59-bôl 51 meghalt a malária- és éhségtani kutatások során. A XX. század elsô felében a vegyi hadviselés több millió civil és katonai személy halálát, vagy kínzását okozta. A nácizmus és a fasizmus népirtó eszközei közül az elsô helyre emelkedett.
JÁTÉK A TÛZZEL – TÛZIJÁTÉK Kárpáti Csenge, Várgedô Zsuzsanna Fazekas Mihály Gimnázium, Budapest Felkészítô tanár: Hobinka Ildikó Alig néhány félévet tanultunk kémiát, ám nagyon izgalmasnak találtuk a kísérleteket és szívesen foglalkoztunk szabad idônkben is a kémiával. A tûzzel kapcsolatos kérdések érdekeltek a legjobban.
138
139
1. Munkánkban feldolgoztuk a magyarországi tûzijátékok történetét. A tûzijáték, mint az ünnepeket megszépítô esemény, kiválóan mutatja a történelmi kor, esetleg az egyes emberek hangulatát. Magyarországon a Duna, a körülötte elhelyezkedô budai hegyek, a királyi palota minden korban jó helyszíne volt a tûzijátéknak. Az ezekrôl az eseményekrôl megmaradt írásos emlékek, rajzok, metszetek, litográfiák, fotók adhatnak egy sajátos áttekintést történelmünkrôl is. 2. A tûzijátékok megvalósítását segítô rakéták felépítésének fejlôdése is munkánk részét képezte. Érdekes volt megfigyelni, hogy a korai idôktôl a mai technikáig a tûzijáték-rakéták alapgondolata és felépítése alig változott. 3. Csoportosítottuk a tûzijátékok kémiai összetevôit és kiválasztottuk azokat az anyagokat, amelyekkel kísérleteket tudunk elvégezni. 4. Tûzijáték modellkísérleteket végeztünk különbözô oxidálószerekkel laboratóriumi körülmények között, mértük a reakció lejátszódása alatt a fényintenzitást, a hangerôsséget, az adatokat számítógépen rögzítettük, majd meghatároztuk a reakciók sebességét. 5. Élô kísérleteket végeztünk tûzijáték-rakétákkal az iskola udvarán. Megmértük a rakéták felemelkedési magasságát, ismerve a lôpornál a felszabaduló kémiai energiát meghatároztuk a rakéta mechanikai hatásfokát. Megpróbáltuk értelmezni az energiaveszteséget.
Enantiomerek szétválasztásának módszerei: másik királis molekula tiszta enantiomerjeivel Aszimmetrikus szintézis fontos eljárás, mely során elérhetô, hogy az általunk igényelt molekulából csak a megfelelô térállású keletkezzen (tehát ne racén elegyet, hanem a megfelelô molekula szempontjából tiszta elegyet kapjunk) Szintetikus úton történô gyártás környezetkímélô hatása ezekkel az eljárásokkal kikerülhetjük az anyagok ritka, kis egyedszámú növényekbôl, állatokból történô nyerését, amely az élôlények pusztulásával jár.
KVANTUMKÉMIA ZÁBORI BALÁZS Eötvös József Gimnázium, Budapest Felkészítô tanár: Dancsó Éva Miért érdekes? Miért vettem a fejembe, hogy megkísérlem megérteni a kvantumkémiát ki-
ENANTIOMEREK SZÉTVÁLASZTÁSA (ASSZIMMETRIKUS SZINTÉZIS) Brauswetter Diána Eötvös József Gimnázium, Budapest Felkészítô tanár: Dancsó Éva Királis molekulák és tulajdonságaik. Enantiomerek az emberi szervezetben és a természetben a biomolekulák homokiralitása Az enantiomerek eltérô biológiai hatásai a szervezetben a gyógyszergyártás legnagyobb problémája, hogy az enantiomerek szerve-
zetünk molekuláinak homokiralitása miatt eltérô, gyakran ellentétes hatást mutatnak.
lencedikes koromban? Részecske vagy hullám? Honnan származnak a kvantumszámok? Schrödinger egyenlet Varázslatos matematika Mi mindent nem tudunk matematikából ahhoz, hogy kvantummechanikai összefüggéseket levezethessük? H-atom Molekulapályák, hibridpályák Közelítô eljárás a molekulák modellezésében
141
Biokémia és Környezeti Kémia Szekció LEVÉLHULLÁS AZ ORVOSTUDOMÁNYBAN, AVAGY AZ APOPTÓZIS JELENSÉGE Tarjányi Zoltán, Vass Csaba Színyei Merse Pál Gimnázium, Budapest Felkészítõ tanár: Erdõsi Györgyné
Témaválasztás, munkánk célja Az apoptózis folyamatának kutatása a mikrobiológia egyik viszonyítottan új ága. E téma iránti érdeklôdésünket Vizi E. Szilveszternek, a Magyar Tudományos Akadémia Elnökének évadnyitó elôadása keltette fel, mely a Budapesti Mûszaki Egyetemen hangzott el 2003-ban, de mi csupán 2004 vége felé tudtuk videofelvételrôl megtekinteni. Munkánknak többféle célja van. Elôször is szeretnénk általános ismertetést adni az apoptózisról, vagyis a programozott sejthalál folyamatáról. Másrészt munkánknak kutató jellege is volt, mely során eddig más által el nem végzett kísérletsorozatot hajtottunk végre. Többek között Magyarországon is élnek olyan személyek, akiknél a sejthalál-program (késôbb fény derül majd, ennek mibenlétére) nem mûködik tökéletesen. Ennek több oka is lehet, ezek közül többet már ismerünk, de jelentkeztek olyan betegek, akiknél nem tudták megállapítani a megbetegedés okát, csak annyit tudtak, hogy e folyamattal áll szoros kapcsolatban. Prof. Szondy Zsuzsanna tanárnôvel egy olyan több kísérletbôl álló esszét próbáltunk megtervezni és elvégezni, mely talán fényt deríthet a hibásan mûködô sejthalál-program egyéb hiányosságaira. Kutatásaink színhelye a Debreceni Egyetem Mikrobiológiai Intézete volt.
142 Elmélet I. AZ APOPTÓZISRÓL ÁLTALÁBAN: (a jelenség felfedezése és fogalma) Az apoptózis jelenségét pár éve véletlenül fedezték föl, amikor a daganatos megbetegedések gyógymódját keresték. Felfedezôje: Shigekazu Nagata, japán professzor. Az apoptózis avagy a programozott sejthalál egyik olyan biokémiai folyamat, amely a szervezetünkben lévô sejtek populációjának egyensúlyát tartja fenn. Ez a folyaA képen középen mat elöli az elöregedett, a sérült; beShigekazu Nagata, japán professzor teg illetve a túlszaporodott sejteket. Munkánkban fôként a T-sejtekkel (emberi fehérvérsejtek) és jurkat sejtekkel (emberi leukémiás sejtek) fogunk foglalkozni a sejthalál kapcsán.
II. AZ EMBERI T-SEJTEK KELETKEZÉSE, „ÉLETE” ÉS PUSZTULÁSA Immunrendszerünk fontos védekezô sejtjei: a T- lymfociták melyek a Timusban érnek meg. A T-lymfociták random (véletlenszerû) módon generálódnak, mindegyik egy adott antigénre specializálódva kering a vérrel a testünkben. Tudnunk kell, hogy minden különbözô típusú antigénnek (kórokozónak) megvan a maga T-sejtje, ami képes felismerni, és az esetek nagy többségében elpusztítani azt. Egy T-sejttel keletkezése után két dolog történhet: vagy három hónap múlva elhal (mert ennyi egy átlagos Tsejt élettartama, ha nem találkozik antigénjével), vagy találkozik antigénjével és a következô mechanizmus játszódik le: Miután a fehérvérsejt találkozik antigénjével, az interlaukin-2 (IL-2) nevû osztódásserkentô anyag hatására osztódi kezd, hogy minél hatékonyabban el tudja pusztítani a kórokozót. Ez az osztódás mindaddig folytatódik, amíg az antigén jelen van. Miután az összes antigént elölték a fehérvérsejtek, deaktivizációja többféleképpen is megtörténhet. Egy kis részükbôl memóriasejtek képzôdnek, melyek információkat hordoznak magukban a legyôzött antigénrôl. Ezek a sejtek,
143 ha újra találkoznak, a már észlelt antigénnel, újra és igen gyorsan képesek aktivizálódni. Ezen alapszik a csecsemôkorban beadott védôoltások mechanizmusa. Azok a T-sejtek, melyek nem alakultak memória sejtekké, elpusztulnak, aktív illetve passzív módon. A passzív út igen egyszerû, a szervezetben az IL-2 szintje leesik, a sejtek nem osztódnak tovább és elhalnak. Az aktív út esetén a rengeteg T-sejt miatt a szervezetben az IL-2 szintje elér egy olyan határt, mely beindítja az aktív apoptózist, munkánk fô témáját.
III. AZ AKTÍV APOPTÓZIS (a folymat mechanizmusa) A szervezetben az IL-2 szint érzékelésére specializálódott receptorok jelzik a T-sejtek túlszaporodását, ezért a T-sejteken aktivizálódnak a megfelelô kötõhelyek, és a sejtek megkezdik a Fas-ligand termelést az anti-CD3 nevezetû serkentôanyag hatására. A termelôdött Fas-ligand kétféle módon indíthatja be a sejthalált: cisz és transz módon. Az elôbbinél a sejt által termelt Fas-ligand a gazdasejt Fas receptorjaira hat, a ligand beköt. Transz esetben egy adott sejt Fas-ligandja egy másik T-sejt kötôhelyén köt be. Ezek után beindul a sejthalál, a sejten belül, a sejt elkezd elpusztulni. Ez egy igen bonyolult mechanizmus, melynek egyes részletei még a mai napig sem tisztázottak, ezért mi sem kívánunk ebbe igen nagy részletességgel belefolyni, csak nagy vonalakban ismertetnénk. A Fas-ligand bekötését követôen elôször a sejt DNS-e feldarabolódik, majd szétesik a sejtmag, a sejtszervecskéket rögzítô fonalak elengednek, majd végül a kaszpázok hatására, mely enzimek képesek lebontani a sejtmembránt, a sejt darabjaira esik szét. Fontos megjegyeznünk, hogy a sejt már halott (DNS-e szétesett), mikor membránja kilyukad, ez a késôbbiekben fontos lesz.
Gyakorlat IV. A KÍSÉRLET CÉLJA Kísérletünk célja a következô volt. Mint már tudjuk, ahhoz hogy a sejthalál program tökéletesen mûködjön, alapvetôen szükség van a Fas-ligandot megkötô receptorra, vagyis kötôhelyre, valamint magára a sejt által termelt Fas-ligandra. A receptor hiányát már egyértelmûen meg tudjuk határozni, erre teljesen biztos módszer létezik. A módszer röviden a következô: a beteg szervezetébôl kivett sejtekhez Fas-ligandot adunk, majd megfigyeljük a sejteket. Ha elhalnak, akkor nincs probléma a receptorral, ha nem akkor a receptor hibás. Azonban elôfordult, hogy a receptor jó volt, a sejtek elhaltak, azonban az egyén mégsem volt egészséges, valami még mindig nem mûködött. Itt
144 gondoltunk arra, hogy talán a Fas-ligand termelés hiánya a probléma. Ezt azonban még nem bizonyították, ezt próbáltuk mi bizonyítani. Ha esszénk sikerrel jár, ezen betegeket visszahívják, és további vizsgálatoknak vetik alá. Egyelôre a programozott sejthalál betegségének csupán tüneti kezelése van. Azonban a kutatások tovább folynak, új gyógymódok felfedezésén fáradoznak, kísérletünk ennek talán elsô lépése lehet, mivel tudnunk kell, hogy a Fas-ligand-termelés hiánya kimutatható-e, mint ahogy mi erre gyanakodtunk.
V. A KÍSÉRLET VÁZLATOS MENETE (Ezen pont alatt csak rövid, vázlatszerû áttekintés olvasható, a késôbbiekben mindent részletesen magyarázunk.)
1. Kontroll kísérletek. Jurkat sejteket CFDA-val megfestettük, majd egy részéhez CD95-öt adtunk, és egy másik kisebb részéhez nem adtuk hozzá a CD95-öt. Mindkét sejtadaghoz 7AAD nevû festéket adtunk. A 7AAD nevû festékanyag mellett használtunk propinium-jodidot is festésre. Ezután a sejtelhalást néztük 3, 6, 12 illetve 24 óra elteltével.
2. Kísérletek emberi vérbôl származó T-lymphocytákkal A levett vérbôl elszeparáljuk a T-lymphocytákat, nagyobb mennyiségû IL-2 osztódást serkentô anyag hozzáadása után az inkubátorba helyezzük ôket, optimális körülmények közé, 6 napra. Ezután hozzáadjuk az anti-CD3-at, majd a Jurkat-target sejteket, melyeket elôzôleg CFDA-val festettünk, a 7AAD-t szintén hozzáadjuk és 12 órával ezután figyeljük a sejtelhalást. Megjegyzés: A továbbiakban külön nem fogjuk említeni, hogy az általunk használt összes eszköz mely érintkezhet a kísérletünkben használt anyagokkal és sejtekkel, mind steril volt! Ezzel szinte nullára csökkentettük a sejtkultúra megfertôzését.
145 zékenyebbek, következésképp a sejtek fogékonyabbak a sejthalálra. Ezen tulajdonságánál fogva az ilyenfajta kísérletekhez elôszeretettel használt sejttípus. Ezeket a sejteket igen rég vették ki egy beteg emberbôl, és azóta sejtlaboratóriumokban folyamatosan tenyésztik. Míg a Jurkatoket fel nem használtuk, számukra optimális körülmények között, inkubátorban tartottuk ôket. Szükségünk volt egy olyan gépre, mely a sejteket darabonként, különbözô fénytartományokban (ennek késôbb lesz jelentôsége) nézve, képes a sejteket megszámlálni, rendszerezni. Ez a mûszer volt az áramlási citométer. A gép rövid mûködési elve a következô: Mint tudjuk a különbözô típusú festékek különbözô hullámhosszú fénysugarakat nyelnek el. Ennek alapján a szerkezet el tudja különíteni a különbözô festékeket tartalmazó sejteket. Ezen elv alapján tudjuk majd elkülöníteni egymástól az élô sejtpopulációt a halottól, mivel mint azt mindjárt látni fogjuk, színük különbözni fog. Az áramlási citométerben olyan vékony kapillárisok találhatóak, melyeken keresztül a sejtek csak és kizárólag egyesével tudnak úszni, így a gép teljes pontossággal minden sejtrôl eldönti, melyik populációhoz tartozik. Kísérleteinkben sejtek jelöléséhez CFDA-t, 7AAD-t és propinium-jodidot használtunk. A CFDA egy általános festék, melyet a Jurkat sejtek jelölésére használtunk, hogy az áramlási citométerünk „lássa” ôket. Ez az anyag diffúzió során behatol a sejtekbe, megszínezve ôket. A 7AAD ellenben nem képes áthatolni a sejtmembránon, ezért csak annak kilyukadása után hatol be a sejtbe. Említettük, hogy a sejt halála után a membrán kilyukad. Így már érthetôvé válik, hogy csak az elhalt sejtek lesznek 7AAD pozitívak. A propinium-jodid közvetlenül bejut a membránon belülre, és kötôdik a szétesett DNS-hez, ami természetesen szintén a sejt halálakor következik be. A propinium-jodid látszik a biztosabb festési módszernek, mivel a sejt halálának idôpontját pontosabban jelzi, a DNS feldarabolódása elôbb történik, mint a membrán kilyukadása. Meg kell említeni, hogy a sejteket mûködésükben a legcsekélyebb módon sem akadályozzák a jelölôanyagok. A CD95 nevû anyag tulajdonképpen megegyezik a Fas-liganddal, melyet arra használtunk, hogy beindítsa a sejthalál programot.
b; VI. KONTROLL KÍSÉRLETEK (a; a kísérletekben használt jelölôanyagok, a Jurkat sejttípus és az áramlási citométer leírása b; a kísérlet menetének részletes leírása c; eredmények)
a; A Jurkat sejtek, melyeket elsô kísérletünkben használni fogunk, tulajdonképpen leukémiás emberbôl származó beteg sejtek, melyeknek Fas-ligand receptorai sokkal ér-
Mérésünk során négy eltérô idôpontban (3, 6, 12 és 24 óra elteltével) mértük indukált, hozzáadott Fas-ligandot tartalmazó mintáinkban a sejtelhalást. Ezzel párhuzamosan mértük a nem stimulált mintáinkat is, hogy lássuk, a sejtek valóban a Fas-ligand hatására pusztulnak, maguktól nem halnak el, illetve jelentéktelen százalékuk pusztul el természetes módon. A négy idôpontbeli mérésbôl a kontroll kísérlet végén megállapíthattuk, hogy melyik idôpont lesz a legalkalmasabb a második kísérletnél a mérés végrehajtására. Az idôpontot aszerint választottuk meg, hogy hanyadik mérésben volt
146
147
legjobban elkülöníthetô egymástól az élô és a holt sejtpopuláció. Minden mérési idôpontra külön fiolába helyeztünk ki indukált és nem indukált Jurkateket, hogy még pontosabban vizsgálhassuk a sejtek pusztulását. Tehát volt 4 fiola, ami Jurkat+ CFDA+7AAD+CD95 keveréket tartalmazott, 4 fiola ami Jurkat+CFDA+7AAD-t tartalmazott és további 4 fiola tartalmazta a Jurkat+CFDA+propinium-jodid+CD95 keveréket. Látható tehát, hogy összesen 12 fiolát kellett mérnünk a kontroll kísérletek során, mivel kétféle festési módszerrel is próbálkoztunk, hogy fô kísérletünkben a jobban bevált módszert tudjuk majd alkalmazni. Meg kell jegyeznünk, hogy a propiniumjodiddal végzett festés során használhatatlan eredményeket kaptunk, ez a mérés nem sikerült. A késôbbi kísérletekben ezzel a festékanyaggal már nem, csupán a 7AAD-vel dolgozunk majd. A kísérlet további menete igen egyszerû volt, a mintákat a megadott idôpontokban az áramlási citométerbe helyeztük. Ezzel párhuzamosan a kontroll mintákat is vizsgáltuk.
c; A kontroll kísérlet mérései során a következô eredményeket kaptuk: 3h elteltével mért sejtpusztulás (%)
6h elteltével mért sejtpusztulás (%)
12h elteltével mért sejtpusztulás (%)
24h elteltével mért sejtpusztulás (%)
1
3
4
6
2.5
9
33
73
30*
30*
30*
30*
Jurkat+ CFDA+7AAD
kontroll minta) Jurkat+ CFDA+7AAD+CD95
Jurkat+ CFDA+propiniumjodid+CD95
A kísérlet eredményeirôl készült grafikonok a függelékben megtekinthetôk. (1. ábrasor) A második kísérletnél csak egy mérésre lesz szükségünk, ez pedig a 12 órás mérés lesz, a fentiekbôl következôen (12 óra elteltével már jól megfigyelhetô a sejtelhalás). Következtetés: Mint az eredményekbôl láthatjuk, a CD95-tel kezelt sejtek fokozatosan elhalnak az idô elteltével, míg a kezeletlen sejtek csupán elhanyagolható száza-
léka pusztult el. A (CD95 által indukált) sejthalál program és a 7AAD-vel történô festés kifogástalanul mûködött kísérletünkben. A propinium-jodiddal történô festés nem sikerült, mivel minden mérésnél ugyanazt az eredményt kaptuk. Ezen eredményeket figyelmen kívül hagytuk, a továbbiakban a propinium-jodiddal nem is dolgoztunk. Megjegyzés: A táblázatban megadott sejtelhalási értékek kissé eltérhetnek a valóban elhalt sejtek számától, mivel a 7AAD festékanyag a sejtmembrán kilyukadása után jut be a sejtbe. Tehát lehetséges, hogy voltak olyan sejtjeink, melyek már elhaltak, de membránjuk még nem sérült.
VII. KÍSÉRLETEK EMBERI VÉRBÔL SZÁRMAZÓ T-LYMPHOCYTÁKKAL (a; a kísérletekben használt fontosabb anyagok és eszközök ismertetése b; a kísérlet menetének részletes leírása c; eredmények)
a; Ebben a kísérletben emberi vérbôl származó T-sejteket használtunk, melyekrôl már esett szó. A levett vér alvadását meg kellett akadályozni, erre heparint használtunk, mely már eleve benne van abban a fiolában, amelybe a levett vért felfogtuk. Mint tudjuk, nekünk a vérbôl csupán a T-sejtekre volt szükségünk, ezért azokat valamilyen módon el kellett szeparálni a vér többi részétôl, erre használtuk a centrifugát. Ez a szerkezet a belehelyezett kémcsöveket igen nagy sebességgel forgatja, méghozzá oly módon, hogy a benne lévô oldatban található különbözô tömegû sejtek a centrifugális erô hatására külön rétegekre tagolódnak. Ehhez azonban szükségünk volt egy szeparálóoldatra is, amely megkönnyíti a rétegek szétválását. A második kísérletünkben többféle számarányban raktunk össze Jurkat- és T-sejteket, ezért a sejtek a sejtek pontos darabszámát is ismernünk kellett a helyes aránypárok felállításához. Számláláshoz sejtszámláló cellákat használtunk. Ezek segítségével a sejteket közvetlenül mikroszkóp alatt darabonként meg lehet számolni, majd egy egyszerû számítással átlagolni lehet az eredményt, ebbôl következtetünk az 1cm3-ben található sejtek darabszámára. A használt sejtjelölô (CFDA) illetve sejthalált jelölô (7AAD) anyagok megegyeznek az elôzô kísérletben (kontroll) használtakkal, azzal a különbséggel, hogy propinium-jodidot nem használtunk. A T-sejteket nem volt szabad megjelölnünk CFDA-val, mivel meg kellett hogy tudjuk különböztetni ôket a Jurkatektôl. Fontos még megemlítenünk az antiCD3 nevezetû serkentôanyagot, mely indukálja a Fas-ligand termelést a T-sejtekben.
148
149
b; Ezen kísérletünk elsô lépése a vérvétel volt. A vért heparint tartalmazó fiolába vettük le. Ezek után a vért egy szeparáló oldatra rétegeztük, vigyázva rá, nehogy elkeveredjenek egymással. A vért (rajta a szeparáló oldaton) centrifugába helyeztük, mely rétegekre bontotta a vér alkotórészeit. A kémcsô középsô részén volt egy színtelen gyûrû, ezt kellett leszívnunk, mivel a T-sejtek ebben voltak. A leszívott T-sejtekhez többszöri átmosás után IL-2-t adtunk, melynek hatására osztódni kezdtek. Az IL-2 szintet folyamatosan fenntartottuk 6 napon keresztül. Erre azért volt szükség, hogy a T-sejtek elérjék a méréseinkhez szükséges mennyiséget. Így kevesebb vért kellett levenni az alanytól. Az említett 6 napon át a sejteket inkubátorban, számukra megfelelô körülmények között tartottuk. A hetedik napon az összes T-sejtet átmostuk, hogy megszabaduljunk az inmár feleslegessé vált IL-2-tôl. A T-sejteknek a felét 3 órán át antiCD3 serkentôanyaggal kezeljük, hogy kezdjék meg a Fas-ligand termelését. A másik részét nem kezeltük, tehát ezek nem fognak Fas-ligandot termelni. A három óra leteltével összeállítjuk esszénket. Három különbözô arányban raktuk össze a T- ill. Jurkat-sejteket, az alábbiak szerint: 1:1, 1:20, 1:50 számarányban ( az aránypárokban mindig a T-sejt számértéke áll elôl). Összeállításaink tehát: 1: CFDA-val festett Jurkat sejtek+antiCD3-mal kezelt T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:1 keverési arány 2: CFDA-val festett Jurkat sejtek+antiCD3-mal kezelt T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:20 keverési arány 3: CFDA-val festett Jurkat sejtek+antiCD3-mal kezelt T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:50 keverési arány 4: CFDA-val festett Jurkat sejtek+nem stimulált T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:1 keverési arány 5: CFDA-val festett Jurkat sejtek+nem stimulált T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:20 keverési arány 6: CFDA-val festett Jurkat sejtek+nem stimulált T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:50 keverési arány A mintákat a sejtek összerakását követô 12. órában mértük, méréshez az elôzô kísérletben említett áramlási citométert használtuk.
c; Az emberi T-sejtekkel történô kísérlet mérései során a következô eredményeket kaptuk:
12h elteltével mért sejtpusztulás (%)
CFDA-val festett Jurkat sejtek+antiCD3-mal kezelt T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:1 keverési arány CFDA-val festett Jurkat sejtek+antiCD3-mal kezelt T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:20 keverési arány CFDA-val festett Jurkat sejtek+antiCD3-mal kezelt T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:50 keverési arány CFDA-val festett Jurkat sejtek+nem stimulált T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:1 keverési arány CFDA-val festett Jurkat sejtek+nem stimulált T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:20 keverési arány CFDA-val festett Jurkat sejtek+nem stimulált T-sejtek 7AAD jelenlétében, 1:50 keverési arány
80 56 28 50 13 5
A kísérlet eredményeirôl készült grafikonok a függelékben megtekinthetôk. (2. ábrasor) Következtetés: Jól látható, az aCD3-mal stimulált T-sejtek jóval nagyobb mértékben pusztítják a Jurkat (target) sejteket, mint kezeletlen társaik. A táblázatban látható, hogy a nem stimulált T-sejtek is igen nagy százalékban elölik a Jurkat sejteket. Ez azzal magyarázható, hogy a T-sejtek testünk immunsejtjei, idegen sejtként ismerik fel a Jurkateket és az aCD3 kezelés nélkül is mûködô mechanizmusaikkal elpusztítják azokat. Megjegyzés: Elsô ízben ezen kísérletünk sikertelen volt, mivel emberi figyelmetlenség miatt a T-sejtek is CFDA-val festôdtek, így azokat nem tudtuk elkülöníteni a Jurkat sejtektôl. Másodszorra minden rendben ment, munkánkban ezen adatok szerepelnek.
VIII. ÖSSZEGZÉS Kijelenthetjük tehát, hogy esszénk sikeres volt. Elsô kísérletünkben bizonyítottuk a Fas-ligand indukálta sejthalálprogram mûködését. Második kísérletünkkel pedig sikerült kidolgoznunk egy olyan módszert, mellyel egyértelmûen bizonyíthatjuk a Fasli-gand termelés hiányát vagy meglétét. Ezen két kísérlet csupán kutatásunk kezdete, elsô lépése volt, munkánkat tovább fogjuk folytatni.
150 IX. FÜGGELÉK (Ezen pont alatt a mérési eredményeink tekinthetôek meg, különbözô görbéken ábrázolva, illetve a fontosabb anyagok képleteit is feltüntettük.)
151 2. ábrasor: (csak az aCD3-mal indukált T-sejt összeállítások ábráit közöltük)
1. ábrasor:
Fontosabb anyagok: Propinium-jodid – C27H34N4I2 7AAD – Aminoactinomycin C62H87N13O16 CFDA – Carboxyfluorescein diacetate C25H16O9
152 X. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönjük prof. dr. Szondy Zsuzsanna segítségét, aki nélkül munkánk nem jöhetett volna létre. Szintén köszönjük a Debreceni Mikrobiológiai intézet dolgozóinak segítségét, nagyban hozzájárultak munkánkhoz.
153
TROMBÓZIS KIALAKULÁSÁNAK ESÉLYÉT FOKOZÓ PONTMUTÁCIÓK KIMUTATÁSA Szigeti László Táncsics Mihály Gimnázium, Kaposvár Felkészítõ tanár: dr. Miklós Endréné
XI. IRODALOMJEGYZÉK KOPPER L. (szerkesztô) – FÉSÜS L (szerkesztô): Apoptózis, Medicina könyvkiadó Rt, 2002 CSERMELY PÉTER.: A stresszfehérjék, Vince könyvkiadó, 2001 INTERNET: www.google.hu – apoptózis kulcsszó www.medicaltribune.com – apoptosis kulcsszó www.microbiology.com – apoptosis kulcsszó
Mint a címbôl kiderül, kutatásom során különbözô géneket kellett vizsgálnom. A gén a DNS azon szakasza, mely egy fehérje teljes genetikai kódját tartalmazza, azoknak a szabályzó fehérjéknek (faktoroknak) a bekötôdési helyével, amelyek a gén kifejezôdését (expresszióját) szabályozzák. Ebbôl következik, hogy ha egy konkrét gén mutációját akarjuk vizsgálni, akkor az azt leíró DNS szakaszt kell vizsgálnunk. A kutatásaimhoz saját és ismeretlen vérmintákból izoláltam DNS-t, de vannak egyéb DNS források is. Többféle DNS izolálási módszer van, de mivel manapság minden folyamatot gépesítenek, így egy igen nagymértékben automatizált módszert fogok elôször bemutatni. A kísérleteimet nyáron a Biogén genetikai táborban és szeptemberben a Semmelweis Egyetem I. sz. Belgyógyászati Klinikáján végeztem. Az izolálást a KingFisher nevû gép segítségével hajtottam végre. Ehhez elôször össze kell állítani egy öt kémcsôbôl álló sort, majd be kell helyezni a gépbe. Az elsôbe a vérmintát, a MagneSil nevû speciális vas gyöngyöket és a lízis puffert kell tenni. Ez a DNS izolálási módszer a DNS molekulák negatív töltését használja ki. A feltárt (lizált) sejtekhez (amelyekbôl kiszabadult a DNS) pozitív töltésû, igen kis méretû vasszemcséket kevernek. A gyöngyök töltésüknél fogva a felületükön megkötik a DNS molekulákat, így azokat egy mágnes segítségével egyszerûen kiemelhetjük az oldatból. Elôször egy sós mosóoldatba, innen egy alkoholos oldatba, majd ismét egy alkoholos mosóba kerül, ezáltal a MagneSil részecskéken csak a DNS található, a nem specifikusan megkötött szeny-
154 nyezô anyagok fokozatosan lemosódnak róla. Az ötödik kémcsôben desztillált víz van, ami leoldja a DNS-t a MagneSil részecskékrôl. Ebbôl pipettázunk 10µl-t, de mivel ebbe még kerülhetett egyéb részecske, így ezt lecentrifugáljuk, ezáltal a szennyezôdés kitapad az eppendorf csô oldalára, és ezután vesszük ki a már teljesen tiszta DNS mintánkat. Miután már van izolált genomiális DNS-ünk és tudjuk, hogy mit akarunk vizsgálni, jelen esetben az MTHFR (5,10-metiléntetrahidrofolát reduktáz) és a PT (prothrombin) géneket, ezeket fel kell erôsítenünk, azaz meg kell sokszoroznunk. Ehhez a LightCycler fluoreszcens real-time PCR készüléket használtam. A PCR magyarul polimeráz láncreakció, a DNS természetes replikációját 'utánzó' sok ciklusos mesterséges eljárás, mely a DNS kiválasztott szakaszán, kémcsôben, kontrolált körülmények között zajlik. Felhasználja a komplementer szakasz hibridizációs képességét, a DNS polimeráz szintetizáló képességét, valamint az enzimrendszerek és bonyolult szabályozók helyett a hômérséklet változtatásával irányított folyamat. Ehhez szükségünk van egy úgynevezett Mastermixre, mely tartalmazza a Taq DNS polimerázt és még sok egyéb, a DNS szintézishez szükséges anyagot (a DNS építôköveit a deoxinukleotidokat és puffer), valamint a FRET próbákat. Ezekbôl készítünk egy keveréket, amit a DNS-ünkkel együtt bepipettázunk az LC kapillárisokba, lecentrifugáljuk, majd utána behelyezzük a LightCyclerbe. A Taq DNS polimerázt a Thermus aquaticus termofil baktériumból izolálták és hôstabilitása miatt van óriási jelentôssége. Mivel ha másolatot akarunk készíteni a DNS-ünkrôl, ahhoz denaturálnunk kell, hogy a két szál szétváljon, ehhez viszont magas hômérséklet kell, amit más DNS polimeráz enzim nem bír ki, így mûködésképte-
155 lenné válna. Ezenkívül a másik legfontosabb dolog a FRET próba. Ez két fluoreszcens molekulával megjelölt egy szálú DNS szakasz, melyek a vizsgált DNS-ünk denaturálása után a keresett szekvenciájú helyekre kötôdnek. Normál helyzetben, csak a fluoreszcein alap emissziója mérhetô, majd az egyszálú DNS templáthoz kötôdve a fluoreszcein közel kerül az LCRed festékhez, így létre jön a gerjesztés (FRET=Fluoreszcencia rezonancia energia transzfer) és a gerjesztett emisszió mérhetô. Ekkor történik a mutáció analízise olvadáspontméréssel. A mutáció a DNS szekvencia egy adott bázisa egy másik bázisra cserélôdik (pontmutáció/polimorfizmus). Tökéletes komplementaritás esetén a próba minden bázisa a komplementer párjához kötôdik. Polimorfizmus esetén a próba a hibridizáció során a mutáns bázissal nem tud hidrogénhidat kialakítani, így gyengébb kötés alakul ki. A hômérséklet emelésével elôször a kevesebb hidrogénhidat tartalmazó mutáns szálhoz hibridizált próba olvad le, majd a vad típushoz erôsebb kötéssel hibridizált próba. A két olvadáspont egymástól megkülönböztethetô a fluoreszencia mérésével. Közben megtörténik a DNS polimerizáció, és kezdôdik miden elölrõl. A gép ilyen ciklusokat végez, és így minden ciklusban egyre több lesz a vizsgálható DNS szakasz. Ezek a folyamatok széles hômérséklet tartományban folynak, de az LC 20 oC/sec hômérsékletváltoztatásra képes, így ez a folyamat gyors és hatásos. Az így kapott leolvadási görbét a számító-
156 gép deriválja, és azt ábrázolja, hogy mely hômérsékletnél a legnagyobb a fluoreszencia változás sebessége. Az általam vizsgált elsô gén az MTHFR gén. Az MTHFR gén C677T mutációja esetén, azaz ha a normálisan jelen lévô alanin helyére valin kerül (homozigóta formában – TT), fokozott kockázatot jelent az atherosclerosis kialakulására nézve, sôt annak mértékére is. Az MTHFR gén mutációja az enzim csökkent aktivitását okozza, mivel megnô az enzim termolabilitása, ezért emelkedik meg a homocisztein szint. Az MTHFR mutációjának elôfordulása 5%-ra tehetô, ami a trombózisrizikót kétszeresére emeli, amely viszont fólsav szedésével csökkenthetô. A grafikonon a kétcsúcsú görbe a heterozigóta kontroll az egy csúcsú rózsaszín pedig a homozigóta normális (vagy ún. vad típusú) kontroll. A piros görbe a saját vérmintámból kapott eredményem, tehát én is homozigóta vagyok. A másik általam vizsgált gén a prothrombin gén. Ennek mutációjának következtében megnô a plazmában a II. véralvadási faktor szintje, amely fokozott thrombosis hajlamot okoz. A normálisan jelenlévô guanin (G) aminosav helyére a mutáció miatt adenin (A) kerül. Heterozigótáknál a thrombosis hajlam 2.8-szorosra nô az egészségesekéhez képest, elôfordulása 2%. Mutáció esetén fokozódik a mélyvénás thrombosis, az agyi thrombosis és a szívinfarktus veszélye. Ezen gyakorlatok alapján teljesen egyértelmûvé vált számomra, hogy a modern orvostudományban és biológiában, milyen fontos szerepe van a kémia és a fizika tudományán alapuló elméleteknek és kísérleti módszertannak.
157
HOGYAN HAT A COCA COLA AZ ÉLÔ SZERVEZETEKRE? Moldovan Andrea Bolyai Farkas Líceum, Marosvásárhely, Románia Felkészítõ tanár: Kajcsa Julianna Dolgozatom célja, ahogyan az már a címbôl is kitûnik, a Coca Cola hatóanyagainak hatása az élô szervezetekre. Eredeti formája így hangzott volna: Hogyan hat a Coca Cola az emberi szervezetre? Sajnos a rendelkezésemre álló idô nem lett volna elegendô, hogy azt sikeresen véghez vihessem, így úgy döntöttem, hogy kísérleteimet a növényeken fogom végezni. A dolgozatot több részre osztottam, hogy áttekinthetô és könnyen érthetô legyen. Úgy döntöttem, hogy a bekezdô részhez a Cola eredetét, természetét, szimbólumát, felhasználását, elterjedését, hiedelmeit, valamint a kóla-ital elsô változataitól, a napjainkban honos Coca-Cola üdítôitalig vezetô „útját” részletezem. Az ezt követô részben a Coca Cola összetevôit és részletes leírásait követhetik nyomon. Majd a kísérleteim és a felméréseim eredményeit vázoltam fel.
A COLA EREDETE ÉS TERMÉSZETE Sokan tudják milyen ízletes és kívánatos a híres Coca Cola üdítôital, de kevesen, hogy honnan ered és milyen jelképet rejteget. A Cola alapanyagát a Cola vera és a Cola acuminata nevezetû fák magjainak kivonatából állítják elô. A Cola vera és a Cola
A Cola sárga, piros erezetû A Cola sárga, piros erezet û virága. virága
A Cola fa kissé homályos nézete A Cola fa kissé homályo s nézete.
158
159
acuminata-fa Nyugat- és Közép Afrikában honos. Madagaszkár szigetén, továbbá Mexikóban és Kolumbiában termesztik. Európában már az 1500-as évek végén ismerték, de 1885 óta lett közismertté. A Cola vera és a Cola acuminata a Sterculiaceae növények családjához tartoznak. 6-10 m magasra is megnövô örökzöld fák, nagyméretû leveleik hosszúkás-tojásdad alakúak. Virágaik sárgák, piros erezettel, kis csoportokban ülnek az ágakon. Öt tüszôbôl álló, csoportos termésük van. Egyes tüszôk 10-12 cm hosszúak, 3-4 cm szélesek, kívül érdesek és a hasi varrat mentén nyílnak fel. Minden résztermésben 3-10 fehér vagy rózsaszínû, nagy sziklevelû mag van. A Cola vera magjai 2-4 cm hosszúak, a Cola acuminata-é kisebbek, laposak, szabálytalan félgömb, vagy vese alakúak. Csak a trópusokon termô fák, így másutt csupán üvegházakban fordulnak elô.
A COLA FELHASZNÁLÁSA ÉS SZIMBÓLUMA A bennszülöttek a kóladiót erjesztve fogyasztják: a friss magvakat lomblevelekbe göngyölik, kosarakba csomagolják és idônként friss vízzel lemossák, majd újból átkötik, íly módon a magvak 8-10 hónapig frissen maradnak. A kóla magvakat serkentô hatásuk miatt rágták, de lázcsökkentônek is használták. A rágásra a friss magok feleltek meg. Nyugat- és Közép Afrikában nagyon elterjedt a kólamagrágás, mivel csökkenti az éhségérzetet. Rendszerint étkezés elôtt szokták rágcsálni, általában a friss magvakat, de ahol nem terem, ott a száraz magvakat megtörik, mézzel és tejjel összekeverik és az így nyert italt fogyasztják nagy elôszeretettel. A száraz magvakat kólának, a frisseket pedig gurunak nevezik. Az afrikai bennszülöttek számára
Fehér és Fehér és rózsaszínû rózsaszínû kólamagok, a kólamagok a barátság barátság jelei jelei .
a kóladió nemcsak, mint élvezeti szer játszik szerepet, hanem az udvariassági formák kifejezôje is. A fehér vagy halványrózsaszín kóladióval történô kínálás barátságot, szívesen látást, beleegyezést, kedvezô választ jelent, a vörössel való kínálás mindezeknek az ellenkezôjét. Egyes törzsek pl. úgy esküsznek a kólára, mint mi az európai hagyományban a Bibliára.
A COLA ELTERJEDÉSE ÉS HIEDELMEI Brazíliába és a Karib-szigetekre a nyugatafrikai rabszolgák vitték be. A Karibszigetekrôl származó kóla kedvenc vizelethajtóvá vált, de ugyanakkor használták emésztést elôsegítôként, valamint a népi gyógyászatban hasmenés, fáradtság és szívpanaszok ellen is. Egy idô után serkentô tulajdonságai miatt azt hitték, hogy a nemi vágyakat is fokozza. Az Amerikai Egyesült Államokba a polgárháború után érkezett. A XIX. századi eklektikusok megjegyezték, hogy a karib-szigetiek „számtalan mesés erényt” tulajdonítanak neki, sôt helyesen azt is megfigyelték, hogy a kólában ugyanolyan serkentôk vannak, mint a kakaóban. „Lelki depressziók legyôzésére”, „súlyos testi és szellemi kimerültség” kezelésére, valamint hasmenés, tüdôgyulladás, hastífusz, migrénes fejfájások, tengeri betegség, terhességi hányinger ellen is javasolták és megjegyezték, hogy „segíthet a dohányzásról való leszokásban”.
HOGYAN IS TÖRTÉNT?
felbontott száraz kóladióban AAfelbontott száraz kóladióban láthatók a kólamagok. láthatók a kólamagok
A kóla – mint ital – ôselôdje a francia Bordeaux-ban készült el, még1886-ban, és Vin Mariani-nak nevezte el magáról feltalálója, Angelo Mariani. A Vin bor-t jelent, és az alkoholon kívül kókalevelet tartalmazott, amit megfôztek. Feltalálója úgy ajánlotta, hogy minden étkezéshez egy pohárral kell fogyasztani belôle. A kókalevél ellazító és nyugtató hatásának köszönhetôen nagy sikernek örvendett a Mariani bor, amit nagy hírességek, mint XIII. Leó pápa, Viktória királynô, Thomas Edison stb. elôszeretettel fogyasztottak. Nagyon sokan próbálták lemásolni ezt az italt. A Coca-Cola elsô változata John Stith Pemberton patikus atlantai házi laboratóriumában, 1881-ben, fáradtság elleni élénkítôszerként látta meg a napvilágot. Az új ital a „French Wine of Cola” nevet kapta. Alkoholtartalma miatt nem nyerte meg az Atlantában élô puritán emberek bizalmát, sôt mi több:1885-ben Atlanta város úgy döntött, hogy betiltja az alkoholkereskedelmet. 1886 júliusától lépett életbe a törvény, minek következtében Pemberton, aki egész életében kísérletezett – egy gyógyító csodaszert akart létrehozni –, gyorsan átdolgozta receptjét. Kihagyta az alkoholt, és a kókalevélhez hozzáadott még egy serkentôszert, a kóladiót, melyeket desztillált növényi olajok-
160
161
ban áztatott, ezen kívül még egy csomó adalékot kevert bele, ami a mai napig az egyik legszigorúbban ôrzött titok. 1886 májusában fejfájás és fáradtság elleni gyógyszerként kezdte árusítani, sûrû szirup formájában. 1887-ben egy fejfájós férfi arra kérte a patikust, hogy ott helyben keverjen neki egy adag sziruphoz egy kis vizet. Véletlenül éppen szódavíz volt kéznél. Állítólag így derült ki – már soha nem tudjuk meg, hogy véletlenül vagy szándékosan –, hogy a Coca-Cola szénsavasan sokkal jobb, mint sima vízzel. Ekkortájt javasolta Pemberton könyvelôje, Frank Robinson, hogy az új terméket hívják Coca-Colának, mert a két „C” betû olyan jól mutatna a reklámokon. Ô volt az, aki jellegzetes kézírásával megalkotta a Coca-Cola feliratot is. Azt állítják, hogy Pemberton az elsô évben csupán 99 litert adott el belôle, ami évi 50$ jövedelmet eredményezett, viszont évi kiadásai a 70 $-t rúgták. A híres feltaláló nem ismerhette meg találmánya sikerét, mert halála évében, 1888ban egy Asa Chandler nevû üzletember vásárolta meg az ital gyártási jogát. Az új részvényes 1890 és 1900 között 4000%-kal növelte a Coca-Cola eladását. A kokainnal foglalkozó orvostudományi eredmények következtében kivonták a John Stith Pemberton, a CocaJohn Stith Pemberton, a Coca -Cola kókalevelet a receptbôl (pontosabban csak a Cola felfedezõjének portréja felfedezôjének, portréja hatóanyagát). 1917-ben állami utasításra a felére csökkentették a Coca-Cola koffeintartalmát is, hogy egészségesebb legyen. Az eladási sikerhez a Coca-Cola jellegzetes üvege is hozzájárult, amelybe 1915 óta palackozzák a nedût. Így „született” meg a napjainkban olyan közkedvelt, és világszerte a leggyakrabban használt Coca-Cola üdítôital.
A COCA-COLA ÖSSZETEVÔI Víz Szén-dioxid Karamell-színezék
Foszforsav Citromsav Koffein És az a titkos csodaszer, ami olyan egyedivé teszi A víz és a szén-dioxid fogalmak mindenki számára ismerôsek. Ez az a két összetevô, ami miatt a Coca-Cola cseppfolyós és „buborékos”. A karamellnek, amit E150-nel is jelölnek, köszönheti barnás színét, a foszforsav (E338) adja meg kellemesen savanykás ízét, a citromsav (E330) szintén, ugyanakkor tartosítószerként is hat. Sokan úgy tartják, hogy ez utóbbi nagyon veszélyes rákkeltô adalék, szájpenészt és szájgyulladást okozhat. Azt állítják, hogy a citromsav szinte minden növényben, sôt számos állati szövetben is megtalálható, de ha jól megfigyeljük majdnem minden terméken, az összetevôk cím alatt, olvashatjuk a citromsav fogalmat. Ez egy tartósítószer, aminek a segítségével bizonyos termékek, mint a Coca-Cola is hosszabb ideig meg tudják ôrizni szavatossági idejüket. Tehát a citromsav nagyon is fontos összetevôje egyes termékeknek, mert ha nem lenne, jóval csökkene ezek szavatossági ideje és megnône a citromsavat ígénylô termékek gyártásának folyamata. A Coca-Cola következô összetevôje a koffein, melynek serkentô és ébrentartó hatásának köszönhetôen világszerte nagyon sokan vásárolják. Egyik gyógynövény-enciklopédiában a következô leírást találtam a koffeinrôl: „A kólában lévô izgatószer, a koffein, sok meghûlés, influenza, álmosság és menstruációs panaszok elleni gyógyszer alkotórésze.” Arra is felhívja a figyelmünket, hogy túlzott mennyiségû fogyasztása a következô súlyos egészségügyi problémákat is okozhatja: izgatottság, pánikroham, fejfájás, alvászavar, remegés, szívmûkökoffein kémiai AA koffein kémiai képlete, dés fokozása (ami a pulzusszámok növelésével jár), képlete, mely az mely az vérnyomás-emelkedés. alkaloidok alkaloidok osztályába Az utolsó komponense a Coca-Colának, amit még nem említettem, azaz a bizonyos csodaszer, ami sorolható osztályába olyan egyedivé teszi az üdítôitalt. Sejtésem szerint sorolható ez a komponens (legalábbis egy része) kéne tartalmazza a kóladió kivonatát, mivel az „eredeti” recept fô komponense is a kóladió meg a kókalevél volt. De gondoljunk csak bele! A világ minden táján naponta több ezren is fogyasztják a Coca-Cola üdítôitalt, és ez azt jelentené, hogy naponta a Cola vera és Cola acuminata fák termését milliószámra kéne szedni, ami viszont eléggé elképzelhetetlen, mert ezek a fák évente egyszer, maximum
162 kétszer teremnek. Tény az, hogy ez a rejtély sokak fantáziáját megbolygatta, de mindennek ellenére még sokáig megfejthetetlen marad ez az érdekfeszítô kérdés.
A NÖVÉNYEKKEL ÉS A COCA-COLÁVAL VÉGZETT KÍSÉRLETEIM Legelsô kísérletemet a maranta (nyílgyökér) szobai levéldísznövények levelein végeztem. Hétköznapi neve, az imádkozónövény, talán inkább ismertebb. Furcsa megnevezése nem véletlenszerû, hiszen éjszakára öszszecsukja és felemeli leveleit. Fontos tudni ezekrôl a növényekrôl, hogy óvni kell ôket a közvetlen napsütéstôl, magas páratartalmat igényelnek, nem tûrik a A maranta szobai levA Maranta szobai levéldísznövények hideg huzatot és télen létfontosságú számukra a meleg. éldísznövények csoportjába tartozó, Marantacsoportjába leuconeura kerchoveana , latin elnevezés û nyílgyökérlevél Alacsony növésû növény, ritkán éri el a 23 cm-t. tartozó, Maranta leuconeura Ez a kísérlet 2004. november 22-e és 2004. decem- kerchoveana, latin elnevezésû nyílgyökérlevél ber 5-e között zajlott. Öt egyforma méretû mûanyag pohárba különbözô mennyiségû Coca-Colát és csapvizet töltöttem, majd felcímkéztem ôket, és végül mindenikbe egy nyílgyökér-levelet helyeztem. A mûanyag poharakba helyezett nyílgyökér leveleket jól megvilágított, de a napsütéstôl védett helyen és megfelelô hômérsékleten (18-19 oC) tartottam. A nyílgyökér levelek szárait borító Coca-Cola és csapvíz keverékét a levegôvel közvetlen kapcsolatba helyeztem. A mûanyag poharakba öntött Coca-Cola és csapvíz mennyiségének keveréke 1. pohár 2. pohár 3. pohár 4. pohár 5. pohár 150 ml Coca-Cola 100 ml Coca-Cola 50 ml Coca-Cola és 200 ml Coca-Cola és 50 ml csapvíz és 100 ml csapvíz 150 ml csapvíz 200 ml csapvíz keveréke keveréke kevereéke
Az elsô hét napon semmi változás nem történt, ami a keveréket illeti. A Coca-Colába, illetve azokba a mûanyag poharakba helyezett nyílgyökér-levelek, amelyekben keverve volt a két folyadék, kissé lágyabbak voltak, mint azé, amelyik csak csapvízbe volt helyezve. A nyolcadik napon megjelentek az elsô penészfelületek a Coca-Cola és a csapvíz elegyének (mind a négy pohárban, amiben ez a két komponens szerepelt) felszínén. Kiöntöttem a poharakból a folyadékokat, majd a poharakat kimostam és megtöröltem. A levelek szárait is lemostam, mivel ráragadtak a penész által okozott nyúlós, nyálkás rétegek és visszahelyeztem ôket a nekik megfelelô mûanyag poharakba, majd kimérvén az alkalmas mennyiségû Coca-Colát és csapvizet, a poharakat visszahelyeztem megszokott helyükre.
163 A kilencedik napon a penész felületek már nagyobb mennyiségben jelentek meg a keverékek felszínén, beleértve azt, amelyikbe 200 ml Coca-Cola volt öntve. A tizedik napon újra elvégeztem azt a folyamatot, mint amit a nyolcadik napon. A keverékekbe, illetve csak a Coca-Colába helyezett nyílgyökérlevelek felszínén barnás, elszáradt felületek jelentek meg. A vízzel töltött pohárban elhelyezett nyílgyökérlevél nagyon szépen fejlôdött, természetesen a vizet a már feltüntetett idôintervallumok között cseréltem. Az ezt követô napokon folyamatosan (naponta) cseréltem a különbözô mennyiségû Coca-Cola és csapvíz keverékeket, illetve a csak a Coca-Colába és csak a csapvízbe helyezett nyílgyökérleveleket tápláló folyadékokat. A tizenegyedik napon a keverékekbe helyezett nyílgyökérlevelek állapota rosszabbodott, a keverékek egyre sûrûbbé és nyálkásabbá váltak. A tizenkettedik és tizenharmadik napokon a nyílgyökérlevelek felületei összezsugorodtak és megbarnultak. A tizennegyedik napon a keverékekbe és a Coca-Colába helyezett nyílgyökérlevelek elpusztultak, ám a csapvízbe helyezett nyílgyökérlevél már meggyökerezett és cserépbe ültettem. A keverékek felszínére felhalmozott penészfelületekbôl mintát vettem, és laborvizsgálatok alá vetettem. A penészmintákat a négy vizsgált mûanyagpohárba helyezett folyadékokból vettem, majd kis lemezekre kentem ki. A lemezeket mikroszkóp segítségével felnagyítottam. A mikroméretrôl sajnos nem tudtam fényképet készíteni, mert nem állt rendelkezézemre fényképezôgépes mikrosz-kóp, de a „Gombás betegségek és kezelése” 200 ml Coca-Cola
150 ml Coca-Cola és 50 ml csapvíz keveréke
Konídiofórumok és konídiumok
100 ml Coca-Cola és 100 ml csapvíz keveréke
50 ml Coca-Cola és 150 ml csapvíz keveréke
Fonalak és konídiofórumkonídiumokkal
164 c. szakkönyvbôl egy megközelítô, felnaamakrokonídiumok, gyított képet próbáltam beilleszteni. A gombáspenészben makrokonídiumokat bés mikrokonídiumokat (a gombák szapomikrokonídiumok rító szervei), septál fonalakat illetve filac-konídiofórum mentumokat találtam, ami bármilyen pekonídiumokkal nészgombára jellemzô. A mikrokonídiumok vannak túlsúlyban, a makrokonídiumok orsósan sarló alakúak, elliptikusan hajlottak, vagy szinte egyenesek, mindkét végükön egyforma szélesek, fokozatosan összeszûkülô csúcsi sejttel rendelkeznek. Vékony falúak, lábacskájuk van. A mikrokonídiumok nagy számban fordulnak elô, rendszerint csomókban, oválisak, ellipszoidálisak, egyenesek vagy veseszerûen hajlottak. A második kísérletemet a szemes-babon végeztem (2005. február22-28 között), amit cserépbe helyezett földbe ültettem, és naponta Coca-Colával öntöztem. A szemes-bab sajnos nem bújt ki, és az öntözött földnek nagyon erôs, kellemetlen szaga volt, így kénytelen voltam eldobni a szemes-babbal együtt. A harmadik kísérletemet a tradescantia (más néven „pletyka”) szobai levéldísznövényeken végeztem, illetve végzem, mivel még folyamatban van. A kísérletet 2005. március 9-én kezdtem el végezni. Négy 100 ml-es mûanyagpohárba különbözô menynyiségû folyadékot öntöttem. A mûanyag poharakba öntött Coca-Cola és csapvíz mennyiségének keveréke 1. pohár 2. pohár 3. pohár 4. pohár 50 ml Coca-Cola 25 ml Coca-Cola 100 ml víz 100 ml Coca-Cola és 50 ml csapvíz és 75 ml csapvíz
Mind a négy mûanyagpoharat egy-egy kupakkal fedtem le, amelyek közepére akkora lyukat fúrtam, hogy a tradescantia növény szára beférjen rajta. Azért választottam a lefedést, hogy a keverékek ne legyenek közvetlen kapcsolatban a levegôvel, és így könnyebben elkerülhetô legyen a gombásodás a keverékek felületén. A tradescantia növény fontos tulajdonsága, hogy elengedhetetlen számára a jó megvilágítás. Észrevételek (2005. március 12): A 100 ml Coca-Colába helyezett növény egyik levelén fehér kis foltok (szinte pontszerûek) jelentek meg. A keverékekbe, illetve a Coca-Colába helyezett növények levelei lágyabbak, mint a vízbe helyezetté. 2005. március 20-án, a folyadékokat kiöntöttem a mûanyagpoharakból, kimostam, megtöröltem, majd a poharakba a megfelelô új folyadékot töltöttem.
165 Megfigyelések: 1. A 100 ml Coca-Colába helyezett növény szára nem volt nyálkás, de a folyadék felszínén kisméretû penészpöttyök jelentek meg. 2. Az 50 ml Coca-Cola és 50 ml víz, és a 25 ml Coca-Cola és 75 ml víz keverékébe elhelyezett növények száraira nyálkás réteg rakódott le, ami a keverékek felületein is megjelent. 3. A vízbe elhelyezett növény szépen fejlôdik, gyökeret hajtott és mellékerezet is megjelent rajta 4. A 25 ml Coca-Cola és 75 ml víz keverékébe elhelyezett növénynek is gyökere és mellékhajtása jelent meg. 2005. március 28-án penészfelületek jelentek meg a keverékek felületein. A 25 ml Coca-Cola és a 75 ml víz elegyébe helyezett növény egyik levele megsárgult. Az 50 ml Coca-Cola és az 50 ml víz keverékébe állított növény legalsó levelén barnás foltok jelentek meg. A Coca-Colába állított növény levelei szépen fejlôdnek, tartásuk nagyon erôs (akárcsak a vízbe helyezett növény leveleié), kivéve a legalsót, amely egy kicsit elsárgult. Kicseréltem a folyadékokat a poharakban, majd a növények száraiból levágva egy kicsit (mert a Coca-Colába illetve a keverékekbe helyezettek végei enyhén elbarnásodtak), visszahelyeztem poharaikba. A vízbe helyezett növény nagyon szépen fejlôdik, levelei erôs tartásúak.
A felmérésem eredményei 2005. február 2-a és 2005. március 18-a között elvégeztem egy felmérést az üdítôitalok fogyasztásának gyakoriságáról. Az eredmények eléggé megpiszkálták fantáziámat. A „Milyen üdítôitalt fogyaszt a legszívesebben?” kérdésre a negyvenhét diák közül tizenheten, a húsz egyetemista közül ketten és a huszonnyolc alkalmazott közül hatan „szavaztak” a Coca-Colára.
Irodalom Michael Castleman- Gyógynövényenciklópédia Dr. D. G. Hessayon- Szobanövények Kopper Judit, Pálmai Katalin- MI-TU-HÁZ Dr. Flórián Ede- Gombás betegségek felismerése és kezelése Olga Fassatiova- Penészek és fonalasgombák az alkalmazott mikróbiológiában CBS COURSE IN VERTEBRATE MYCOPATHOLOGY Internet
166
167
A LISZT MINÔSÉGÉNEK HATÁSA A HÁZIKENYÉRRE Nagy Botond, Nagy Beáta Sövér Elek Szakközépiskola, Gyergyóalfalu Felkészítô tanár: Kiss Arnold, Kiss Loránd
kukorica, az északibb zónában az árpa, míg Ázsia nagyobb hányadán és a melegégöv térségeiben a rizs és a kölesfélék az uralkodó gabonanemûek. Külföldi szerzôk szerint a kenyérgabonák magjában a nitrogéntartalmú és nitrogénmentes anyagok olyan arányban vannak jelen, hogy szükség esetén az ember egyedül kenyéren is fenntarthatja életét. Ma a kenyér ismét az étrend alapvetô része. A világ tudósainak jelenlegi álláspontja szerint napi 30 dkg (öt szelet) fogyasztása egészséges.2
MALOMIPARI TERMÉKEK BEVEZETÉS Malomipari termékeknek nevezik a gabonák elsôdleges feldolgozása során nyer termékeket. Két fô csoportot különböztetünk meg: a liszt: a gabona ôrlésével elôállított termék, amely legnagyobb részben a magbelsô emészthetô részeit tartalmazza hántolt termékek: táplálkozásra alkalmassá tett, héjuktól megfosztott gabonamagvak
Gyergyóalfaluban és környékén természeti adottságok tekintetében is számos érdekességgel találkozunk. A Nyíres meglátogatása élményszámban menô kirándulás lehet. Fôleg a természettudományban jártasabbak találnak itt megfigyelésre méltó jelenségeket, de a laikusok számára is élményt jelenthet. A hegyvidéken turistaösvényekrôl haladhatunk gerincrôl gerincre. Itt a turistáknak alkalma nyílik fenyôrengetegben, havasi legelôkön, kôfolyásokon átgyalogolni. Külön lehet beszélni a faluturizmusról, amely nemrég indult be nálunk. Minden feltétel adott, az idegenbôl érdeklôdô, kíváncsi turisták számára. Az emberek érzik, hogy a vendégfogadás a lakosság jövedelmének jelentôs részét teheti ki. Ha már jönnek a turisták, márpedig jönnek, akkor a természeti viszonyokon kívül a szállást és az étrendet kell számukra gondosan elôkészíteni. Többségük az eddigi tapasztalatok alapján ragaszkodik a hagyományos falusi ételekhez. Ismeretes az a tény, hogy Gyergyóalfalu mezôgazdaságában nem igazán kapott helyet a búzatermesztés éghajlati viszonyok miatt.1 Mégis több család próbálkozik a minimális termesztés megoldását kivitelezni. Amikor dolgozatunk szerkezetén gondolkodtunk, mindenképp elsôdlegesnek tekintettük, hogy szóljunk az alfalvi házikenyér nyersanyagának minôségi összetételén, annak ellenére, hogy köztudott, hogy a magyarországi vendégeink étrendjében nem igazán található meg a kenyér. Tapasztalatainkra támaszkodva viszont elmondhatjuk, hogy a házi kenyér egy-egy túra alkalmával elnyerte a bizalmat.
Az ôrlés az ember ôsi tevékenysége. Az egyszerû ôrlôkövektôl, kézimalmoktól kiindulva a taposómalmon, vízimalmon, szélmalmon át jutott el az ember a gôzmalomig, majd az elektromos energiával hajtott malmokig. A búzaliszt igen értékes táplálék, mert olyan arányban tartalmaz szénhidrátot és fehérjét, amilyen arányban az emberi szervezetnek e tápanyagokra szüksége van. Viszonylag olcsó fehérje-, ásványi anyag- és vitaminforrást jelentenek mindennapi táplálkozásunkban. A búzadara megfelelô felhasználással mindenki számára a napi étrend szerves része lehet. B1 és B2 vitamintartalma kiemelkedô jelentôségû. Az igényeknek megfelelôen számos lisztféleséget hoznak forgalomba, mind a lakosság, mind az ipar számára, különféle kiszerelésekben. A liszteken kívül a malomüzemekben elôállított korpa is értékes termék, fontos takarmány. Magas ásványianyag- (foszfor, kálium), valamint könnyen emészthetô rosttartalma miatt kiváló élettani hatású.
A GABONAFÉLÉK JELENTÔSÉGE AZ EMBERI TÁPLÁLKOZÁSBAN
A LISZT KÉMIAI ÖSSZETÉTELE
A gabonafélék a legnagyobb jelentôségûek világszerte, mert a Föld népének alaptáplálékát alkotják. A gabonák keményítôben gazdag, de jelentôs fehérjemennyiséget is tartalmazó lisztes szemet termô növények. A mérsékelt égövi területeken fôleg a búza, a rozs és a 1 M. András: Gyergyóalfalu a történelem sodrában – Pallas Kiadó – 1977
A LISZT
A liszt vegyi összetétele a következô: 3 ásványianyag-tartalom 0,5-1,5% keményítô 65-69% 2 E. Bocz: Szántóföldi növénytermesztés – Mezõgazdasági Kiadó – 1992 3 G. Kálmán: Az élelmiszerkémia alapjai – Mezõgazdasági Kiadó – 1979
168
169
víz 13-15% cukrok 2-3% vázanyagok 0,5% zsírok, enzimek, vitaminok 5,4% fehérjetartalom: 10-14%
Ásványi anyagokat elsôsorban a héj és a csíra része tartalmaz, tehát a kiôrlési százaléktól függ a liszt ásványianyag-tartalma. Legnagyobb mennyiségben a kálium fordul elô, melynek jelentôs része káliumfoszfát alakban található. Jelentôs a liszt foszfortartalma is. A víztartalom az eredeti és az alkalmazott technológia függvénye. A liszt erôsen higroszkópos anyag, ezért a tárolás alatt figyelni kell a páratartalomra. Szénhidrátok. A liszt legnagyobb részét alkotják. Poli- és monoszacharidok is találhatók benne. A cukornak fontos szerepük van a tészta lazításában, savanyításában és a termék színének a kialakításában. A keményítô mennyisége a búzában 58-76%, a rozsban 58-63% között váltakozik, alakjuk is eltérô. Szobahômérsékleten 30% körüli vizet vesz fel. Melegítve a vizes szuszpenziót a keményítô térfogata 60-100-szorosára növekszik, a keményítôszemcse elcsirizesedik. A kenyér minôségét elsôsorban a keményítô tulajdonságai határozzák meg.
A SIKÉR Ha a búzaôrleménybôl tésztát készítünk, és azt folyó víz alatt nyomkodva kimossuk, kezünkben visszamarad egy gumiszerû anyag, amelyet sikérnek nevezünk. Ez az anyag nagyrészt gliadinból és gluteninbôl áll. Kis mértékben tartalmaz keményítôt, zsírt és cukrot. A sikér jellegzetes tulajdonsága, hogy bár vízben nem oldódik, képes vizet felvenni, miközben megduzzad. Keletkezését a tésztában úgy magyarázzák, hogy a sikérrögöcskék víz hatására megduzzadnak, egymáshoz tapadnak, és így hálós szerkezetet hoznak létre. A sikér mennyisége és tulajdonságai döntôen meghatározzák a búza, illetve a liszt minôségét. A jó minôségû búza, illetve liszt nedves sikérje világossárga, rugalmas, alakját hosszú ideig megtartja, a vizet nem engedi el. A szürke sikérbôl készült termék is szürke lesz, míg az ellágyuló, ellapuló sikérû lisztbôl készült termék alakja és késztermék-tulajdonságai is rosszak lesznek.
A LISZT MINÔSÉGÉT MEGHATÁROZÓ TÉNYEZÔK Emberi táplálkozásra csak romlatlan lisztet szabad felhasználni. A liszt színe: a lisztre jellemzô színûnek kell lennie. A színbôl lehet következtetni a héjtartalomra. Pekározással lehet meghatározni a liszt színét, amikor is jellegmintával hasonlítjuk össze, és a színeltérés mértékét állapítjuk meg. A liszt szaga: az egészséges szag jellegzetes lisztszag. A szaghibák származhatnak mikroorganizmusoktól, ekkor dohos vagy penészes szagú lesz, helytelen tárolás során idegen szagot vehet fel a liszt. A liszt íze: a szaghibák általában a liszt ízén is jelentkeznek. A liszt hosszú vagy nem szakszerû tárolás esetében megkeseredik. A keseredést a zsírok avasodása idézi elô. A csírázott gabonából ôrölt liszt édes ízû. A liszt szemcsézettsége: a szemcsézet szerint sima és fogós lisztet különböztetünk meg. Laboratóriumban 5 szitából álló szitasor alkalmazásával állapítjuk meg a szemcsézettséget. Nedvességtartalom: fontos tényezô, ugyanis szerepe van a tárolhatóságban, a további feldolgozásban és a lisztek árában. A magas nedvességtartalmú lisztek a tárolás alatt könnyen penészednek, dohosodnak, avasodnak. A szabványban rögzített nedvességtartalom 15-15,2% között váltakozik liszttípusokként. Hamutartalom: a lisztek jelölésében használt érték, a megengedhetô maximális hamutartalom szárazanyagra számolva.
A KENYÉR Az emberi táplálkozás alapját ôsidôktôl fogva a gabonafélék jelentik, mivel ezek az emberi test ideális táplálékai évezredek óta. Alapvetô fontosságához nem férhet kétség. A kérdés most már csak az, milyen is az a kenyér, amely képes és méltó erre az igen fontos szerepre. A kenyérkészítés alapanyaga a liszt és a víz. Általában búzalisztet és rozslisztet használunk. Azonos gabonából többféle liszt állítható elô. A gabonaszem összetevôi a szemen belül eltérô koncentrációban vannak jelen. A fizikailag is szétválasztható 3 fô rész a héj, a magbelsô és a csíra. A héj a fô cellulóz, élelmi rost hordozó rész, az alatta levô rétegek ásványi- és vitaminanyagokban gazdagok, a magbelsôt fôleg keményítô és fehérjék alkotják, míg a csíra fehérjéi sok tulajdonságukban az állati sejtszövetekhez hasonlítanak, jelentôs a cukor, zsír, ásványianyag tartalmuk. Fontos tudni a kenyérrôl, hogy az a legfontosabb szénhidrát forrás. Olyan szénhidrát forrás, amely olcsó, könnyen hozzáférhetô és nagy élvezeti értékû.
170 Vitaminjai jelentôsek a szervezet mûködésének egyensúlyban tartásában.4 A B1 vitamin: (Tiamin) jelentôs szerepe van a szénhidrát anyagcserében. A felnôttek tiamin-igénye naponta 1 mg. Tiaminban gazdag a máj, a teljes kiôrlésû liszt, a hüvelyesek, az élesztô. A nikotinsav: a szöveti oxidreakciós folyamatokban résztvevô koenzimek alkotórésze. Niacinban gazdag a hús, a máj, a vese s zöldségfélék és a barna kenyér. Pantotén savnak szerepe van a szénhidrátok lebontásában, a zsírsavak szintézisében és bontásában, a különbözô szterolok és szteroidhormonok, porfirinek szintézisében. Szerepük van az idegrendszer mûködésében, Pantoténsavban gazdag a máj, a vese, a hús, a teljes kiôrlésû cereáliák és a hüvelyesek.5 Mindezek – a teljesség igénye nélkül megemlített anyagok – bizonyítják, hogy a kenyér nemcsak alapvetô élelmiszer, éhséget oltó táplálék, hanem rendkívül fontos élelmi anyag, amely a szervezet mûködésének egyensúlyát nagyban befolyásolja. A bio élelmiszerek között megjelentek a bio kenyerek is. A Biokultúra Egyesület tanúsítványa szerint termesztett anyagokból, és ellenôrzött körülmények között gyártott kenyér és péksüteménnyel igazán korszerû táplálkozást segítô alapélelmiszerhez jutunk, amely kovászos technológiájával kellemes ízû, frissességét tovább megtartja, mint a gyorsított technológiával készült kenyér.6 Az igazán jó kenyér megfelelô íz- és aromaanyagait a megfelelô hosszúságú technológiai idô alatt éri el. Az érési folyamatok során képzôdött savanyagok fokozzák a bélzet jó tulajdonságait, rugalmasságát, csökkentik öregedését. A jó íz másik forrása a sütés során a héjon kialakult pörkanyagoknak köszönhetô. A vastagabb héjú termékek ízesebbek, illatosabbak. Jobb átsültségük folytán tartósabbak. Tehát a nagy térfogat nem az egyedüli minôségi tényezô, sôt a túl nagy térfogat térfogatnövelô szerek adagolására, esetleg túladagolására utal. A túlságosan lazított termék bélzete vattaszerû, könnyen morzsálódik, íze is jellegtelen.7 Biztosan állítható, hogy a legértékesebb kenyér a nem finomított lisztbôl, jó kiegészítô-, dúsítóanyagokkal készült termék.
171 közök között található a kenyérsütô gép is. Fehérkenyér: alapanyaga a búzamag belsejébôl ôrölt liszt. Számos más élelmiszeradalék, tartósítószer és emulgátor mellett vizet és élesztôt is tartalmaz.8 Barnakenyér: alapanyaga olyan búzaliszt, melybôl a korpa egy részét eltávolították, színét részben a búzaszem barna héjrésze, részben a hozzáadott színezék adja. A felsorolt kenyérféleségek tápértékei:9 Kenyérfajta (kcal) Fehérkenyér
Barna kenyér
Energia Rost Szénhidrát Fehérje Zsiradék (g) (g) (g) (g) (g) 235 1,5 49,3 8,4 1,9 Három szelet fehérkenyér kb. a napi kálcium szükséglet negyedét fedezi 218 3,5 44,3 8,5 2,0 Kalciumtartalma hasonló a fehérkenyérhez; a legtöbb kenyérhez szójafehérjét adnak
ALKALMAZÁS
Gyergyóalfaluban a leggyakrabban sütött kenyér a barnakenyér. Érdekes folyamatként megemlítjük, hogy a civilizáció hatására már egyes konyhán a háztartási esz-
Dolgozatunk szerkezeti felépítését 2004 tavaszán terveztük meg. Tehát minden esetben a 2003-as év búzatermése biztosította a kísérleti alapot. Három résztevékenységre osztható a gyakorlati alkalmazásunk. Elsôsorban jelentôséget kellett, hogy adjunk a gazdák által termelt búza milyenségének. Ezt követte az ôrlési folyamat eredménye: a liszt milyenségének meghatározása. Majd a kész kenyér minôségének megállapítása. Tudományos munkánk során összesen 14 családi ház pékipari termékét vizsgáltuk.10 A kiválasztásnál figyelembe vettük, hogy az érintett családok a turisztikai hálózat tagjai legyenek, valamint rendelkezzenek mezôgazdasági háttérrel, ahonnan a saját szükségletre tudják biztosítani a kenyér alapanyagát. Pozitívum, hogy egyetlen egy esetben használtak a termesztôk kémiai vegyszereket, épp ezért jó alapja lehet egyes családoknál a biotermékek elôállítására a gazdálkodási módszerük. A gazdák által termesztett búza mindegyik esetben ôszbúza. Így a nyersanyagforrást homogénnek minôsítettük. Mivel a liszt minôsége magával hordozza a gabonaféle minôségét, így csak a lisztre vonatkozó analitikai méréseket végeztük el és feltéte-
4 http://www.chemonet.hu/
8 Sz József: Mezõgazdasági termékek áruismerete – Scientia Könyvkiadó – 2002
KENYÉRTÍPUSOK
5 K. Watson: Cereal Chemistry, 64, 4, – 1987 6 http://193.110.59.169/gyokpage.php 7 http://www.ofe.hu/teka/t5/malom1.2doc.htm
9 http://www.omgk.hu/ELELM/2/281.htm1#2 10 L. Karácsonyi: Gabona-, liszt-, sütõ- és tésztaipari vizsgálati módszerek. Mezõgazdasági Kiadó – 1980
172
173
leztük, hogy a gabonaôrlés nem befolyásolja a liszt minôségének változását. A liszt minôségi követelményeinek paramétereit tartalmazó táblázatot a STAS 813-68 biztosította: Nedvesség % (max.) Savasság – oT Nedvessikér % (min.) Ellaposodás – mm Szárazanyagra visszaszámított hamutartam – %
S.sz.
14,5 3,2 25 5…12 0,66...0,90
I. Táblázat Az általunk mért eredményeket összefoglaltuk a következô táblázatba: S.sz. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Nedvesség % 13,5 13 16 15,5 14,5 14,5 13 13,5 13,5 14 14,5 13,5 13,5 13,5
Savasság oT 3,1 3,1 3,2 3,5 3 2,8 3,1 2,9 3,1 3,2 3,1 3,1 3,2 3,1
Nedvessikér Ellaposodás Hamutartam % mm % 26 5 0,74 25 10 0,86 21 14 0,95 25 8 0,76 27 9 0,91 20 11 0,94 25 12 0,69 23 15 0,84 28 12 0,91 28 9 0,75 25 9 0,84 29 8 0,79 26 10 0,73 25 7 0,84
II. Táblázat A kenyérre vonatkozó STAS által elfogadott értékek a következôk: Nedvesség - max. Porozitás - min. % % Barna kenyér
47
A kenyér fizikai-kémiai tulajdonságának a vizsgálata után az alábbi táblázat eredményeit mértük.
Savasság - max Rugalmasság - min. oT %
65 III. Táblázat
4,5
86
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Nedvesség % 47 46 49 49 46 47 45 47 46 46 46 47 46 45
Porozitás % 66 67 61 64 67 64 68 61 66 68 66 67 65 65
Savasság oT 4,3 4,3 4,6 4,7 4,5 4,6 4,5 4,6 4,5 4,3 4,3 4,5 4,4 4,4
Rugalmasság % 95 88 84 91 89 87 86 82 86 89 93 90 88 94
IV. Táblázat A II. és IV. táblázatban kiemeltük azon értékeket, melyek a STAS határértékeken kívül estek. Heti vagy kétheti rendszerességgel sütnek kenyeret a családok többségei. Ami azt jelenti, hogy egy-két esetben akár egy vagy néha két hétig is tárolják a kenyeret. Gazdasági okokból kiindulva általában egyszerre 5-6 darab 2,5 kg tömegû kenyeret sütnek. Ismeretes az a tény, hogy a 2,5 savfokú kenyér minôségmegôrzési idôtartama legfeljebb 24 óra. Érdemes volt elgondolkodnunk azon a négy kenyér tárolási idôtartamán, melyeknek a savassága a megengedett határértéknél alacsonyabb volt. Azon esetekben, ahol a nedvességtartalom és savfok nem a megengedett értékeken belül volt enyhe penészt illetve ragacsosságot érzékeltünk a kenyérben pár nap múlva. Két esetben enyhe sültelenséget tapasztaltunk. Ennek az alapja a nedvessikér tartalmának alacsony értéke. Annak ellenére, hogy mérési eredményeink során összesen háromszor mértünk nedvessikértartalmat a megengedett határérték alatt. Valószínû magyarázat részünkrôl, hogy a harmadik esetben nagyon közel állt a sikérérték a határértékhez, vagy a tûzhelyi viszonyok igen kielégítôek voltak.
174 Módszerek a vizsgálatunkban szereplô paraméterek értékeinek megállapításához A liszt Nedvesség meghatározása: A meghatározás elve: tömegveszteség meghatározása a lisztpróba 60 percnyi 130 o C-on való szárítása után.
A savasság meghatározása: A meghatározás elve: 0,1 N nátrium-hidroxid oldattal való titrálása, fenolftalein jelenlétében, a 90%-os etil alkoholos lisztpróbának
A nedves sikér meghatározása: A meghatározás elve: a fehérjetartalmú anyagok elválasztása, sikér formájában, nátrium-klorid oldattal való átmosással.
Az ellaposodás meghatározása: A meghatározás elve: 30 oC-on egy órányit nyugalmi állapotban tartjuk a kiformált glutén gömböt. Az ellaposodási értéket adja a vízszintes síkba mért kezdeti és végsô idôpontba mért átmérôk különbsége.
A hamutartam meghatározása: A meghatározás elve: a lisztpróba 550-600 oC-on való kalcinálása utáni salakanyag meghatározása.
A kenyér A porozitás meghatározása: A meghatározás elve: meghatározzuk az össz lyukacsok térfogatát egy ismert térfogatú kenyérbélnek. A kenyérbél sûrûsége és tömege ismert.
175 KÖVETKEZTETÉSEK A gabonaféle sütôipari minôsége komplex fogalom, amely végsô soron magában foglalja mindazon gabonasajátosságok összességét, amelyek lehetôvé teszik búzalisztbôl jó minôségû sütôipari termék elôállítását. Néhány szakirodalom szerint a búzák (búzalisztek) fehérjetartalma és a kenyér közötti összefüggés nem bizonyul szorosnak, a korrelációs koeficiens viszonylag alacsony.12 Ezért a fehérjetartalom mellett minden esetben szükséges a sikér mennyiségét is tanulmányozni. Eredményeinkbôl következtethetünk, hogy szoros összefüggés van a gabonaféle illetve liszt és kenyér minôsége között. A végtermék minôségét, megfigyeléseink szerint a hozzáértô és tapasztalt kezek is befolyásolják, amire a váratlan eredmények utalnak. Volt példa arra, hogy nagyon jó minôségû búzából és lisztbôl kevéssé sikeres kenyér született. Láttuk tehát az elôbbiekben, hogy ha nem is gyakran de vannak hiányosságaink, legyen az minôségi vagy technológia horderejû (72 %-os minôséghozam). Mindenképp tudatosan szem elôtt kell tartanunk, ha igazán eredményeket akarunk, akkor a fogyasztói normáknak megfelelôen kell, hogy lépjünk. Megemlíthetô, hogy az elkövetkezôkben terveztük hogy hamarosan visszatérünk az összes gazdához újabb analízisek elvégzése végett. Kíváncsian várjuk, hogy tapasztalható-e némi fejlôdés a kenyér minôségében. Tervünkben van még más gabonalisztbôl (triticale, rozs, stb.) készült kenyerek minôségi meghatározásának bevonása a dolgozatunkba.
Forrásanyag:
Nedvesség meghatározása: A meghatározás elve: 130 oC-os melegítésnél meghatározzuk a vesztett anyagtömeget.
A savasság meghatározása: A meghatározás elve: A próba vizes oldatát titráljuk 0,1 N nátrium-hirdoxid oldattal fenolftalein jelenlétében.
A rugalmasság meghatározása: A meghatározás elve: A jó kenyérbél az összenyomó erô megszûnte után gyorsan fölveszi eredeti alakját.11 11 P. Tamásné – Élelmiszerismeret – Közgazdasági és jogi könyvkiadó – Budapest, 1985, 135-142 o.
E. Bocz: Szántóföldi növénytermesztés. Mezôgazdasági Kiadó, 1992 G. Kálmán: Az élelmiszerkémia alapjai. Mezôgazdasági Kiadó, 1979 L. Radomir: Élelmiszeranalitika. Mezôgazdasági Kiadó, 1987 Sz. József: Mezôgazdasági termékek áruismerete. Scientia Könyvkiadó, 2002 http://www.chemonet.hu/ http://193.110.59.169/gyokpage.php http://www.kenyersutes.hu/termekcsalad.php K Watson: Cereal Chemistry, 64, 4., 1987
12 G. Kálmán – Élelmiszer – kémia 2. – Mezõgazda Kiadó – Budapest, 1993, 266-280 o..
176 L. Karácsonyi: Gabona-, liszt-, sütô- és tésztaipari vizsgálati módszerek. Mezôgazdasági Kiadó, 1980 http://www.ofe.hu/teka/t5/malom1.2doc.htm http://www.omgk.hu/ELELM/2/281.html#2 C. Ingram: A kenyér és a kenyérsütés enciklopédiája. Glória Kiadó, 2001 M. András: Gyergyóalfalu a történelem sodrában. Pallas Kiadó, 1997 P. Tamásné: Élelmiszerismeret. Közgazdasági és jogi könyvkiadó, 1985 G. Kálmán: Élelmiszer, kémia 2. Mezôgazda kiadó, Budapest, 1993 Cs. János: Élelmiszerkémia. Kaposvári Egyetem, Kaposvár, 2000
177
A CSALÁN Mede Zsuzsanna, Kiss Bernadett Vak Bottyán Gimnázium, Paks Felkészítõ tanár: Binder Klára, Bõsz Krisztina Választott témánk a csalán. Miért pont ezt választottuk? Ez nagyon egyszerû. Olyan növényt kerestünk, amit régen és napjainkban is használnak. A csalán talán a legsokoldalúbb gyógynövényünk, csaknem elfelejtkeztünk róla. Szerencsére az utóbbi idôben egyre többen ismerik fel, milyen sokféle problémára jelent gyógyírt. Elsôként utána néztünk a pontos megnevezésének. Hazánkban is jelen van többféle fajtája, de mi az Utrica dioica, vagyis a nagy csalánnal foglalkoztunk. Egy évelô, lágyszárú kétlaki növényrôl van szó, melynek négyszögletû szárai 0,6-1 méter magasra is megnôhetnek. Leveleit és szárait serte és csalánszôrök borítják. A régi népi gyógyászatban használt növényt ma már a kutatások is igazolják. Sokoldalú gyógyhatása miatt rengeteg betegséget orvosolhatunk vele. Legtöbb gyógyhatását azonban ez emberek többsége nem is ismeri. Mindenki könnyedén beszerezheti, használata nem okoz mellékhatásokat, s otthonában bárki elkészítheti. Bizonyára nincs olyan ember, akit még nem csípett meg a csalán, hiszen igénytelen növény lévén – úton útfélen – szinte mindenhol megtalálható (kertekben, omladékokon, erdôkben, kerítések és sövények mentén… stb.). Csalán- Urtica, egyéves és évelõ fajai is elõfordulnak nálunk. Pollenje nagy mennyiségben szóródik a levegõben. (Allergiások elôször óvatosan próbálják ki a használni kívánt szert). Virágzás: június-október. A gyógyászatban levelét, hajtását, gyökerét felhasználjuk. Kutatók többféle hatóanyagot is találtak bennük. Ilyen például a levelekben és fiatal hajtásokban lévô:
178
179 triterpének: terpének egyik fajtája. Maguk a terpének illóolajokban fordul-
nak elô (de nem csak a kiválasztó sejtekben). Egyik jeles képviselôje a szkvalén, ami a szterolok prekurzora (elôanyag; olyan vegyület, amelybôl biokémiai folyamatok során jelentôs szerepû végtermék alakul). szerves savakat, sárga színanyagot, gliukokinin, ásványi sókat, kvercetin: Flavonolok képviselôje. Elôfordul még a festôtölgy kérgében is. hisztamin: szerves bázis, 83-87 fokon olvadó fehér kristályokat alkot. Vízben jól, alkoholokban rosszul oldódik. Szövethormon, az állati és növényi szövetekben fordul elô. A hajszálereket tágítja, fokozza a gyomornedv kiválasztását, részt vesz az allergiás betegségek keletkezésében. Az ilyen allergiát antihisztaminokkal gyógyítják kolin: lecitin (gliceridek, amelyekben egy zsírsav molekulát foszforsavból és bázisokból keletkezett csoport helyettesíti) alkotórésze, minden növényi és állati szervezetben elôfordul. vitaminok (A-, B-, C- és K-vitamin) ásványi anyagok (kalcium, kálium, vas, szelén).
Vagy a gyökérben fellelhetô szterolok: a szteroidok csoportjába tartozó természetes alkoholok, amelyek másodrendû alcsoportot tartalmaznak. A szterinek eredetétôl függôen megkülönböztetünk fitoszterineket (növényi), zooszterineket (állati) és mukoszterineket (penészbôl és gombákból nyerhetô ki). kumarin: 71 fokon olvadó tûs kristályokat alkot. Forró vízben, alkoholokban, éterekben oldódik, illata a frissen vágott szénára hasonlít cseranyagokat, gyantaszerû anyagot viaszt cukrot klorofillt. Ezen kívül, a csalán védekezô rendszeréhez tartozó mirigyszôrök savakat tartalmaznak. Ez fôként hangyasav és ecetsav keveréke. A hangyasav a legegyszerûbb alifás karbonsav. Színtelen, szúrós szagú folyadék, vízben, alkoholban és éterben oldódik, a bôrben hólyagokat okoz. Erôs sav. A fémeket oldja, sókat, formiátokat képezve. Az ecetsav egy jellemzô szagú, színtelen folyadék. Vízben, alkoholban, éterben és kloroformban oldódik. A vízmentes ecetsav (jégecet) könnyen megdermed (16.7). Gyen-
ge sav, fémekkel sókat, alkoholokkal észtert képez. Mindkét származékot acetátnak hívják. Ha valami ezekhez a szôrökhöz hozzáér, a szôr csúcsán lévô pici kupak, letörik, és a benne lévô hangyasav és ecetsav kiömlik belôle. Bôrünkhöz érve a ,,csalánméreg” csípôs, égetô fájdalmat vált ki – hólyagok megjelenésével –, ami egy-két óra múlva magától elmúlik. Az állatok jól ismerik eme tulajdonságát, és tisztes távolságban maradnak tôle. A csalán a legjobb vértisztító és egyúttal vérképzô gyógynövényünk. Mivel kedvezô hatással van a hasnyálmirigyre is, a csalánteával a vércukorszintet is csökkenthetjük. Gyógyítja a húgyutak megbetegedéseit. A csalántea hetekig tartó ivókúra formájában máj- és epebántalmak, lépmegbetegedések, még a tumort is ideértve, a gyomor és a légzôszervek hurutos megbetegedései, gyomorgörcsök és -fekélyek, bélfekélyek és tüdô-megbetegedések ellen javasolt. Vérképzô tulajdonsága sápkór, vérszegénység és más súlyos vérmegbetegedés esetén is hatékony segítséget biztosít. Ellenállóbbá tesz bennünket, ha hajlamosak vagyunk a megfázásra, segít köszvényes és reumatikus panaszok esetén is. Segítséget nyújt a csalán érszûkület esetén is. Allergiások óvakodjanak a csalántea és egyéb gyógykészítményeinek használatától. A csalánteának nincs rossz íze, de cukor nélkül igyuk! Ízét javíthatjuk kamilla vagy borsmenta hozzáadásával. Minden görcs, akárhol jelentkezik is, vérkeringési zavarra utal. Ilyenkor ajánlatos a csalánfôzettel történô lemosás és a fürdô. Isiász, lumbágó, valamint a kar és a láb ideggyulladása esetén masszírozzuk friss csalánnal a beteg testrészt A szépségápolásban is komoly szerep jut a csalánnak. Összehúzó hatású fiatal levelei arcgôzöléshez használatosak, míg a belôlük készült krém alapos bôrtisztító, a zsíros bôrre pedig különösen jó hatással van. Levelei összeturmixolva üdévé teszik a leheletet. A csalán természetes hatóanyagai serkentik a fejbôr vérellátását, így erôsítik a hajhagymákat. Fôzetének rendszeres használatával gyorsabban nô a haj, és egészséges, szép fényû lesz.
Teaöntet: 1 púpozott teáskanál csalán 1/4 liter vízhez: csak forrázzuk, rövid ideig áztatjuk.
Csalántinktúra: a tavasszal vagy ôsszel kiásott gyökereket kefével megtisztítjuk, apróra vágjuk és üvegbe tesszük. 38-40%-os gabonapálinkával felöntjük és valamilyen meleg helyen 14 napig állni hagyjuk.
Lábfürdô: két maréknyi, kefével és vízzel alaposan megtisztított csalángyökeret és friss csalánt (szárát és levelét) 5 liter vízben egy éjszakán át áztatunk és másnap felforralunk. Amilyen melegen csak bírjuk, 20 percig áztassuk benne lábainkat. A csalán a
180
181
lábfürdô idején is benne marad a vízben. Ezt a lábfürdôt újra felmelegítve, kétszerháromszor is felhasználhatjuk.
A CUKORBETEGSÉG KÉMIAI SZEMMEL
Hajmosás: egy ötliteres edényben 4-5 összmaréknyi friss vagy szárított csalánra hideg vizet öntünk, majd lassú tûzön forrásig melegítjük. Ezután öt percig állni hagyjuk. Ha gyökeret használunk, jó összmaréknyit áztassunk hideg vízben egy éjszakán át, másnap forraljuk fel és 10 percig hagyjuk állni. A fej mosásához ilyenkor színszappant használjunk.
Kovács Adrienn Márton Áron Gimnázium, Csíkszereda Felkészítõ tanár: Sata Klára, Szabó Sándor
Csalánleves: második világháborúban a rabok ételéül szolgált. Ebbôl is látszik, hogy nem kéne minden régi dolgot elvetni, elfelejteni csak azért, mert régi. Dédszüleink modern mûszerek nélkül is tudták, mi jó a testüknek és a lelküknek.
1. ELÕSZÓ Azért választottam ezt a témát, mert a barátnôm cukorbeteg és szerettem volna minél többet megtudni a betegségérôl; valamint az is vezérelt, hogy mostanában egyre több ember lesz cukorbeteg, és jóformán semmit sem tud a betegségérôl. Remélem ezzel a dolgozattal segíthetek rajtuk.
2. SZÉNHIDRÁTOK A szénhidrátok a legfontosabb energiaforrások. Az egyszerû és összetett cukrok képviselik. Az emésztés hatására a szénhidrátok fokozatosan szôlôcukorig bomlanak le, és így szívódnak fel a vékonybél hajszálereiben. A vérbôl a szôlôcukor bejut a sejtekbe, a megmaradó felesleg pedig a hasnyálmirigy inzulinjának segítségével – elsôsorban a májban – összetett cukor, glikogén formájában tárolódik. Ha az izomsejtek megkapják a munkavégzéshez szükséges cukormennyiséget és a máj glikogénraktárai megteltek, a megmaradó cukorfelesleg szervezetünkben zsírrá alakul át. A szénhidrátok három kémiai elembôl épülnek fel: szénbôl, hidrogénbôl és oxigénbôl. Nevük az 1840-es évekbôl származik, amikor a vegyészek szerkezetüket nem ismerték, és összegképletük alapján tévesen úgy gondolták, hogy a szén vízzel alkotott hidrátjai. A szénhidrátok lehetnek monoszacharidok, diszacharidok, oligoszacharidok és poliszacharidok. Monoszacharidok A monoszacharidok egyszerû cukrok, tovább nem bonthatók. Édes ízû, kristályos, vízben oldódó anyagok. Három legelterjedtebb formájuk a szôlôcukor (glükóz), a gyümölcscukor (fruktóz) valamint a galaktóz.
182
183 A legnagyobb monoszacharidok 5 vagy 6 szénatomot tartalmaznak. Ez utóbbiak összegképlete C6H12O6 . Fontos 5 szénatomos monoszacharid a ribóz és dezoxiribóz. A glükóz az emberek és állatok vérének fontos alkotórésze. A galaktóz az élelmi rostok közé tartozó pektin egyik fô alkotóeleme és a glükózzal együtt részt vesz a tejcukor felépítésében. Megtalálható az agyban valamint az idegrostokat védô mielinhüvelyben. Diszacharidok
A diszacharidok molekulái víz kilépése közben két monoszacharid molekula összekapcsolódásával keletkeznek. Összegképletük:C11H22O11. A diszacharidok legelterjedtebb formája a szacharóz. Egy glükóz és egy fruktóz molekulából épül fel. Fontos diszacharid a laktóz, a maltóz és a trehalóz, amely különféle gombákban fordul elô.
Fruktóz-6-foszfát +ATP Fruktóz-1,6-difoszfát
fruktóz-1,6-difoszfát +ADP glicerin-aldehid-3-foszfát
Glicerin-aldehid-3-foszfát + 2NAD + 2H2O
foszforiláció bomlás izomerizáció
glicerinsav-3-foszfát
oxidáció
Glicerinsav-3-foszfát + 2H3PO4
glicerinsav-1,3-difoszfát szervetlen foszforiláció
Glicerinsav-1,3-difoszfát + 2ADP
3-foszfoglicerinsav +ATP
defoszforiláció
3-foszfoglicerinsav
2-foszfoglicerinsav a foszfátcsoport a 2-es C atomra került
2-foszfoglicerinsav
foszfoenol -piroszôlôsav
foszfoenol-piroszôlôsav + 2ADP
piroszôlôsav + 2ATP
vízelvonás defoszforiláció
Oligoszacharidok
Az oligoszacharidok molekulái 3-10 monozaharid részbôl épülnek fel. A természetben ritkán fordulnak elô, de ilyen szénhidrátok keletkeznek a szervezetünkben a poliszacharidok lebontása során. A dextrin nevû oligoszacharid könnyen emészthetô, hasznos szénhidrogénforrás. Poliszacharidok
A poliszacharidok vagy összetett szénhidrátok nagy molekulájú vegyületek, amelyek egyszerû cukrokra bonthatók le. Összegképletük:(C6H12O6)n , ahol n a monoszacharid egységek számát jelenti. Elágazó vagy egyenes láncaik monoszacharid építôkövet tartalmaznak. A csak egyféle cukorból felépülô poliszacharidokat homopoliszacharidoknak, a többfélébôl felépülôket heteropoliszacharidoknak nevezik. Az emberi táplálkozásban 2 homopoliszacharid játszik kiemelkedô szerepet: a keményítô és a cellulóz. Mindkettô glükózegységekbôl áll.
3. CUKROK LEBONTÁSA Glükóz + ATP Glükóz-6-foszfát
glükóz-6-foszfát + ADP
foszforiláció
fruktóz-6-foszfát
izomerizáció
4. AZ INZULIN F. Sanger fedezte fel. A hasnyálmirigy Langerhans-szigetei ß-sejtjeinek a szénhidrátok, a zsírok és a fehérjék anyagcseréjét szabályozó hormonja. 6000 molekulatömegû polipeptid. 51 aminosavból épül fel, egy 30 és egy21 aminosavat tartalmazó és egymással diszulfid hidakkal kapcsolódó polipeptid láncból tevôdik össze. Hatására fokozódik a szövetek aminosav- és zsírfelvétele, illetve lebontása. Erôteljesen csökkenti a vércukorszintet, mert fokozza a szervek glükózlebontását. Fokozza a zsírok raktározását. Serkenti az aminosavak szállítását a sejtekbe, ezzel hozzájárul a fehérjeszintézis fokozódásához. Az inzulinnal általában ellentétes hatást vált ki a glukagon, amelynek a glükóz elraktározásában van szerepe.
5. MI A CUKORBETEGSÉG? A magas vagy az alacsony vércukorszint roncsolja a sejteket. Ezért a szervezet rendkívül bonyolult mechanizmust alakított ki ennek szabályozására. A cukorbetegség ennek a mechanizmusnak a sérülése. A betegség esetén a hormon (inzulin) abszolút vagy relatív hiánya okozza a problémát. A vérben felhalmozódott cu-
184 kor nem tud bejutni a sejtekbe, így ezek éheznek. Két formája van: Hiperglikémia: magas vércukorszint. Hipoglikémia: alacsony vércukorszint, amelyhez kellemetlen tünetek – szapora pulzus, szájkörüli zsibbadás, verejtékezés, éhségérzet, majd az agytevékenység zavarai: a koncentrálóképesség csökkenése, a memória romlása, elgyengülés stb. – társulnak.
6. A DIABÉTESZ TÍPUSAI
1. típusú diabétesz A cukorbetegség ritkábban elôforduló, fôként gyermek és ifjúkorban kialakuló fajtája. Oka többnyire egy autóimmun folyamat, amely elpusztítja a hasnyálmirigy ß sejtjeit. Ezt követôen a beteg csak inzulin injekciókkal tartható életben. Tünetek: erôs szomjúságérzet, fokozott vizeletürítés, a testsúly a bôséges táplálkozás ellenére csökken.
2. típusú diabétesz Fôként felnôttkorban jelentkezik. Általában a rossz életmód és a sok stressz következtében fejlôdik ki. Fô oka a túl bôséges táplálkozás, a túl kevés mozgás, a csökkent fizikai aktivitás, és az ezekbôl eredô elhízás. Mindezek nyomán kifejlôdik egy inzulinrezisztencia. A betegség megállapítása nehezebb, mert ez képes évekig lappangani az ember szervezetében, ezért ajánlott a félévenkénti cukorvizsgálat. A tünetei hasonlóak az 1. típusú diabéteszéhez, de késôn jelentkeznek.
7. CUKROK KIMUTATÁSA A vércukor meghatározását plazmából vagy vérsavóból végezzük, a minta levétele után 3 órával. A legbiztosabb módszer az toluidin reakciója aldo-hexozzal, amellyel egy élénk zöld színt képez. A meghatározáshoz szükséges vegyszerek: 1. Triklórecetsav 2. Orto-toluidin 3. Standard=feloldunk 100 mg glükózt 100 ml benzolsavban
185 Módszer: Szérum Triklórecetsav Orto-toluidin
Próba 0,5ml
Standard 0,5ml
2,5ml
2,5ml
Vak (blank) 0,5ml 2,5ml
A Standardot melegítjük 8 percig 560 oC-on. Ezután összehasonlítjuk a Vakkal(megnézzük, hogy mennyire változott meg a Standard színe az eredeti, Vakhoz képest). A változást fotométerrel mérjük. Képlet : Ep (próba értéke) Es (stamdard értéke) 100 = mg glükóz /100ml szérum (vérsavó) Az újabb módszer más alapelveken mûködik: Glükóz + O2
glükonsav + H2O2
2H2O2 + fenol +4 Aminoantipirin
piros guinon +4 H2O
Ha magas a vércukorszint, fontos elvégezni a meghatározást vizeletbôl is. Nylander módszer: A vizeletre Nylander oldatot öntünk és ezt felmelegítjük. A glükóz lebontja a bizmut nitrátot fekete színû bizmutra, így a vizelet tetején lévô oldat piros színû lesz. Fehling módszer: A glükóz – redukáló hatása miatt – bázikus közegben lebontja a Cu(OH)2 -ot. Vegyszerek : 1. Fehling I. oldat (CuSO4 + H2CO3 +H2O) 2. Fehling II.oldat (K,Na tartarát + NaOH + H2O) Egy kémcsôbe 2 ml vizeletet, 2 ml Fehling I. és Fehling II. valamint 4 ml desztillált vizet öntünk. Ezt melegítjük. Ha a vizelet cukrot tartalmaz akkor az oldat piros színû lesz.
186
187
8. NORMÁL ÉRTÉKEK
A GYERGYÓALFALVI SZARVASMARHÁK TAKARMÁNYOZÁSÁNAK HATÁSA A TEJ ÖSSZETÉTELÉRE
Éhgyomorra: 70-100 mg/dl Étkezés után: 140 mg/dl
9. KÖVETKEZTETÉS Arra szeretném figyelmeztetni az embereket, hogy ügyeljenek a táplálkozásukra, és javaslom a sok mozgást, testsúlyellenôrzést, mert a diabétesz általában a túlsúlyosoknál jelentkezik. Most már értem, hogy a barátnômnek miért kell olyan gyakran szúrni magát, és miért kell ügyelnie arra, hogy mit eszik. Egy mondással zárnám a dolgozatomat: „Jobb a bajt megelôzni, mint késôbb szenvedni!”
Könyvészet Dr. Berend Mihály – dr. Berendné Németh Éva: Biológiai diáklexikon. Akadémiai Kiadó, Nemzetközi Könyvkiadó, 1996 Dr. Gion Gábor: Labordiagnosztikai lehetõségek a gyakorló orvos számára. Medicina Könyvkiadó, Budapest, 1992 Házi dolgozatok: Imets Csaba: A cukorbetegség Bálint Réka, Sándor Zsófia, Stechbauer Melinda, Farkas Katalin: A cukorháztartás Zöld Éva, Molnár Éva, Részeg Éva, Bókai Emilia, Becze Ildikó, Részeg Ildikó, Kelemen Magdolna, Balló Piroska, Kósa Ildikó: Szénhidrátok
Portik Tünde, Nagy Enikô Sövér Elek Szakközépiskola, Gyergyóalfalu Felkészítô tanár: Kiss Arnold, Kiss Loránd
ELÕSZÓ Gyergyóalfalu lakóinak 80%-a gazdálkodásból él. Majdnem minden portán található fejôstehén. Az emberek fehérjeszükségletük mintegy 13%-át tejbôl fedezik. A fejenkénti tejfogyasztás kiemelkedôen magas. A környéken lévô élelmiszerek közül a tej és termékei a leggazdagabbak bioaktív anyagokban és e megállapítás vonatkozik a tej valamennyi makro- és mikroalkotórész-csoportjára. Gyergyóalfaluban az elôállított fogyasztói tej mennyisége közel azonos szinten maradt, de az összetételében arányeltolódás figyelhetô meg különbözô állattartóknál. Dolgozatunkban tanulmány alá helyeztük a tej összetételére vonatkozó paraméterek meghatározását. Próbáltuk felderíteni, hogy milyen eszközökkel, lehetôségekkel lehetne javítani a tejtermelés minôségén.
A SZARVASMARHA, MINT TEJTERMELÕ Nincs értékesebb tápszerünk a tehéntejnél, amely ízletes, nagy kalóriatartalmú, nagy biológiai értékû szerves vegyületeket, az életre legfontosabb vitaminokat és nyomtáplálóanyagokat szolgáltat. Általában úgy tartjuk, hogy a szarvasmarha mindenféle hozamai között elsô helyen a tej áll, és népélelmezési szempontból ez a legfontosabb. A termelt tej mennyiségét és összetételét viszonylag sok tényezô befolyásolja: így az öröklött termelôképesség, a takarmányozás és tartás, a fejések száma, a laktáció perzisztenciája, a tehén kora, a tehén tenyésztésbe vételének ideje, az ellést követô fogamzás ideje, a szárazon állás tartama, a borjazás hónapja, a kedvezô és kedvezôtlen közérzet.
188
189
A TEJ KELETKEZÉSE
A TEJ ZSÍRTARTALMÁT ÉS EGYÉB ALKATRÉSZEIT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZÕK
A tej a tejmirigy szekréciója termelvénye, ez pedig a tehén tôgyében helyezkedik el. A tôgy négy, egymástól függetlenül mûködô negyedbôl áll, ezeket kötôszövet választja el egymástól; ezenkívül a tôgyben zsírszövetet és izomelemeket is találunk. Ha tejjel megtelik, megfeszül, fejés után összeesik. A tejmirigy felépítése a szôlôfürtre emlékeztet. A tejet kiválasztó kicsiny mirigyhólyagocskák megfelelnek a szôlôfürt bogyóinak, a bogyókat tartó kocsányok és kocsánykák a mirigyhólyagocskák kivezetô csövecskéinek és tejcsatornáknak felelnének meg.1 A mirigyállomány az elsô vemhesség második felében indul fejlôdésnek, kialakul a gazdag mirigyállomány a sok kivezetô csatornácskával együtt, de a tej kiválasztása az elléshez kapcsolódik.
A termelt tejnek nemcsak mennyisége, hanem minôsége is erôsen érdekli a tenyésztôt. Ezt a tejkezelés mikéntjén kívül fôleg a tej összetétele befolyásolja. A tej alkotó részei közül a legértékesebb a tejben lévô zsír. Számos kutatás megállapította már, hogy a termelt tej mennyisége és annak zsírszázaléka nincsenek egymással szoros kapcsolatban. Tehát vannak tehenek, amelyeknek nagy a tejtermelése és emellett nagy a tejüknek zsírszázaléka, viszont vannak tehenek, amelyeknek kicsi a tejelésük és kicsiny a zsírszázalékuk, végül nagy termelés mellett is elôfordul kis zsírszázalék. A zsírszázalék elég jellegzetesen öröklôdô tulajdonság. A tej zsírszázalékának öröklôdése sokkal függetlenebb a környezeti tényezôktôl, mint a tej mennyiségéé. A takarmányozással csak kevéssé befolyásolhatjuk a tej zsírtartalmát. Kora tavasszal a legelôre hajtáskor – kivált, ha bôséges, fehérjével gazdag a fû és hûvös az idôjárás – a tej zsírszázalékában hirtelen esés következik be, ami azonban hamarosan elmúlik. A zsírtartalom csökkenését ellensúlyozzák szénhidrátban gazdag takarmányok egyidejû etetésével. A tej zsírtartalma gyakran változik a laktáció folyamán. A laktáció kezdetén a zsírszázalék általában az illetô tehénre nézve jellegzetes százalék alatt van, majd fokozatosan emelkedô irányzatot mutat. A tej összetételét befolyásolja a két fejés között eltelt idô is. Minél hosszabb idô telik el a két fejés között, a tej annál hígabb. Ezért a reggeli tej zsírtartalma rendszerint kisebb, mint a délben vagy este fejt tejé. Az szintén ismeretes, hogy a fejés elején nyert tejsugarak zsírtartalma sokkal kisebb, mint a fejés végén kifejt tejsugaraké, amelyeknek zsírtartalma 8-10%.4 Ezért is szükséges a tôgy tökéletes kifejése. A tehén kora alig befolyásolja a tej zsírtartalmát. Az igázás a tej mennyiségét csökkenti, viszont többé-kevésbé növeli a tej zsírtartalmát. A mérsékelt mozgatás inkább kedvezôen hat a zsírtartalomra. Az ivarzó tehén tejében néha csökken a zsírtartalom, sôt ilyenkor a tej összetétele is megváltozhat. A hômérséklet idôszakos változásával eltérést mutat a tej zsírtartalma is. Legzsírosabb a tej télen és leghígabb nyáron. A fagypont alatti hômérsékleten tartott tehenek tejének zsírtartalma jelentôsen nôtt. A túl meleg istálló csökkenti a zsírtermelést. A megbetegedés a durva bánásmód, átkötés a megszokott helyrôl más helyre ugyancsak negatívan befolyásolja az összetételt. A zsírszázalék növekedésével párhuzamosan nem emelkednek hasonló mértékben a tej szárazanyagának többi alkatrészei. A fehérjének nagyobb jelentôsége van az emberi táplálkozásban, mint a zsírnak. A tehéntejben a zsír emelkedésével rendszerint nô
A TEHÉNTEJ ÖSSZETÉTELE Nézzük meg röviden, hogy mibôl áll ez az értékes tápszer. Az átlagos összetételû tehéntejben találunk: 87,8% víz, 12,2% szárazanyag, 3,7% tejzsírt, 3,5% tejfehérjét (sajtanyagot), 4,75% tejcukrot, 0,75% ásványi sót (hamuanyagot).2,3 Ezeken az alapvetô tápanyagokon kívül még többféle vitamint, serkentô anyagot és úgynevezett mikroelemet is tartalmaz. Az „átlagos” összetétel csak nagy átlagban tájékoztat, mert még ugyanazon állat tejének is változik az összetétele sok mindentôl függôen: a tejelés kezdetén hígabb, a végén sûrûbb, a fejés kezdetén hígabb, a végén sûrûbb a tej, de befolyásolja a takarmány jellege, a tartási tényezôk, stresszhatások és még sok más is. A tej zsírszázaléka hívebben öröklôdik, mint a mennyiségi hozamképesség. Sok esetben sikerül összehozni a kétféle jellemvonást, a sok tej és magas zsírszázalékot, de ezt csak akkor lehet megvalósítani, ha az állatokat kitûnôen tartjuk, gondozzuk és takarmányozzuk. A tejet zsírszázaléka alapján fizetik, ezért a tenyésztôk és állattartók egyaránt a zsírosabb tejre törekednek. A tejfehérje a táplálkozás egészségtana szempontjából sokkal fontosabb, mint a tejzsír. A vizsgálatok azt mutatják, hogy a fehérje és a zsír nagyrészt összefüggnek, a zsírban gazdagabb tej fehérjében is gazdagabb.
1 P. István: Háztáji állattartás – Kriterion 1989 – 62. o. 2 P. István: Háztáji állattartás – Kriterion 1989 – 60 o. 3 V. Temisan: Technologia cresterii si exploratii bovinelor – Ed. Ceres – 1977 – 125 o.
4 S. József: Szarvasmarhatenyésztés – Mezõgazdasági Kiadó – 1962 – 404-406 o.
190 a fehérje mennyisége is. Bizonyos fajták tejében a zsír egységnyi emelkedésekor a fehérje 1/3-dal, más fajtákéban kb. ¼-del gyarapodott. A zsír és a fehérjetartalom között azonban a korreláció nem szoros. A fehérjetartalom nem annyira ingadozó, mint a zsírtartalom. Legnagyobb az év folyamán a tél elején, ettôl kezdve augusztusig, más kutatók szerint a tavaszig esik. A tejcukor a tehéntejben nagy állandóságot mutat. A tej ásványi anyagainak (Ca, P, Mg stb.) mennyisége követni szokta a zsírmennyiség ingadozását.5 A tej karotintartalma is öröklôdô jellegvonás.
FEJÕSTEHENEK TAKARMÁNYOZÁSA A környezeti tényezôk közül legnagyobb szerepe a táplálkozásnak, illetve a takarmányozásnak van, hiszen ennek színvonala egyaránt hatással van az állatok egészségi állapotára és a termékek gazdaságos elôállítására. Ahhoz, hogy az állatok tápálálóanyag szükségletét kielégítsük, ismernünk kell a takarmányok kémiai összetételét, a takarmányokban levô tápláló- és egyéb anyagok mennyiségét és minôségét, továbbá ezeknek az élô szervezetben betöltött szerepét is. A laktációs termelés növelésének alapfeltétele a tehenek energiaszükségletének minél teljesebb fedezése, valamint metabolizálható fehérjeszükségletének kielégítése. Ahhoz, hogy ezt az igényt teljesíteni tudjuk, jó minôségû szálastakarmányokra van szükség. A laktáció elsô idôszakában, a nagy tejtermelésû állományokban ehhez gyakran védett zsír és védett fehérje etetésére is szükség van. A tejtermelés növelésének fontos eszköze a helyes etetéstechnológia is.
A fejôstehenek táplálóanyag-szükséglete Általában 1000 kg élôtömegre és 1 kg tejtermelés szükségleteként megadott táplálóanyag-mennyiségekkel számolunk. 1000 kg élôtömeg létfenntartó táplálóanyag-szükséglete:6 20-30 kg szárazanyag 4-5 kg nyersrost 5 kg keményítôérték 500 g emészthetô nyersfehérje 75 g Ca 50 g P 30-40 g NaCl
191 1 kg 3,8-4% zsírtartalmú tej termeléséhez szükséges: 265-275 g keményítôérték 58-60 g emészthetô nyersfehérje 2,8 g Ca 1,7 g P A fejôstehén azonban talán sohasem jut olyan helyzetbe, hogy tisztán életének fenntartása lenne a táplálkozás célja. Az év javarészében tejet termel; amikor pedig „szárazon áll”, akkor méhében magzatot nevel. A fejôstehén takarmányozásának célszerûsége érdekében tehát tisztában kell lennünk azzal, hogy mennyi táplálóanyag árán termel 1kg tejet, és mennyi táplálóanyag szükséges egy átlagos nagyságú újszülött borjú testének felépítéséhez. Kellner és követôi abból a felfogásból indulnak ki, hogy a tehén 1 kg tejfehérje elôállításához 0,94, kereken 1 kg keményítôértékû, 1 kg tejzsír elôállításához 3,89, kereken 4 kg keményítôértékû, 1 kg tejcukor elôállításához 1,05, kereken 1 kg keményítôértékû takarmánymennyiséget használ el, illetôleg igényel. Ha tehát 1 kg tej 35 g fehérjét, 38 g tejzsírt és 45 g tejcukrot tartalmaz, akkor ennek elôállításához (35x1=35, 38x4=152, 45x1=45) 232 g keményítôértékû táplálékkal kell ellátni.7 Fogadjuk el azt az elvet, hogy teheneink a termelt tej mennyisége és minôsége alapján mérjük ki a termelô takarmányt. Egy liter tejre – az életfenntartón kívül – 0,25- 0,3 kg keményítôértéket számítsunk. A tehén termelôtakarmányában kell lennie bizonyos mennyiségû és legalábbis annyi fehérjének, mint amennyi a tejben távozik. A kérdés, hogy ha a tej literjében pl. 35 g fehérje távozik elegendô lesz-e ennek a 35 g tejfehérjének elôállítására a tehén termelôtakarmányában 35 g fehérjét biztosítani. Nils Hanson, Möllgaard és Buschmaan úgy számítottak, hogy normális viszonyok közt a tejben a termelôtakarmánynak 75 százaléka jelenik meg, a tej minôsége szerint tehát 1 liter tejre a termelôtakarmánynak 4550 g emészthetô igazi fehérjét kell tartalmaznia.8 Tekintettel arra, hogy a mi teheneink keveréktejének zsírtartalma általában 3,8%, indokolt 1 kg tejre a termelôtakarmányban 50 g emészthetô, igazi fehérjét számítani. Vegyes takarmányozás mellett ebbôl 1 kg tej termeléséhez 65 g emészthetô nyersfehérje szükséges. Figyelmet érdemel az a körülmény is, hogy (1000 kg élôsúlyra) a napi adagban legyen kb. 0,4-0,6 kg takarmányzsír, mert ez kedvezôen hat a tejelválasztásra, míg a zsírszegény takarmányon termelt tej zsírtartalma is csekély, sôt a vérplaz-
5 S. József: Szarvasmarhatenyésztés – Mezõgazdasági Kiadó – 1962 – 406 o.
7 S. József: Szarvasmarhatenyésztés – Mezõgazdasági Kiadó – 1962 – 228 o.
6 Dr. D. Ferenc: Állattartási technológia – Mezõgazdasági Kiadó – 1989 – 101-104 o.
8 S József: Szarvasmarhatenyésztés – Mezõgazdasági Kiadó – 1962 – 229-233 o.
192 ma zsírsavban, foszfatidákban stb. elszegényedik. Legyen bizonyos mennyiségû cukor és keményítô is a fejôstehén takarmányában, mert a szénhidrátok jó hatással vannak a tejelésre. A tejben a szerves alkatrészeken kívül jelentékeny a szervetlen anyagok mennyisége is. Igy a tehén 1kg tejben kiürít 2,5 g meszet, 0,2 g magneziát, 1,7 g kálit, 0,4 g nátront, 2,2 g foszforsavat, 1,8g klórt, 0,1 g kénsavat. Közülük gyakorlatilag csak a mész (CaO) és a foszfor (P2O5) pótlása igényel figyelmet. A tejtermelô takarmányában minden kg tejre 9,2 g mészrôl (CaO) és 5,4 g foszforsavról (P2O2) kell gondoskodnunk. A zöldtakarmányok, a rétiszéna, a pillangósok szénai, biztosítják a kellô mészszükségletet, szem elôtt kell tartanunk, hogy különösen a szalmák, pelyvák, szoktak foszforban szegények lenni. Az ásványi táplálóanyagok (Ca, P) nagyobb mennyisége változóan hat a tej mennyiségére. Az ásványi táplálóanyagok hiánya és a savbázis-egyensúly zavara a tehenészetben nagyon megbosszulja magát. Így pl. egy tehenészetben, ahol szénát nem etettek, hanem állandóan csak szalmát és abrakféléket, a tehenek csontporhanyósába estek, elvetéltek, meddôk lettek, s a kevés világra jött borjú hasmenésben vagy fertôzô tüdôgyulladásban elpusztult. De minden baj megszûnt, amikor a tehenekkel fejenként és naponként 5 kg lucernaszénát kezdtek etetni. A fejôstehén egyrészt normális emésztéséhez és egészséges életmûködéséhez, másrészt a tejben leadott Na és Cl pótlására bizonyos mennyiségû konyhasót is igényel. Arról sem szabad megfeledkezni, hogy a tejtermelô tehén takarmányában elegendô vitamin legyen. A takarmányszükséglet megállapításakor mindezeket a tényezôket gondosan kell mérlegelni, és az adagot oly módon kell összeállítani, hogy teheneink takarmányellátása teljes értékû legyen.
A TAKARMÁNYOK HATÁSA A TEJKÉPZÕDÉSRE ÉS A TEJ MINÕSÉGÉRE Mielôtt a fejôstehenek takarmányféléinek kiválogatására áttérnék, három kérdésre vonatkozólag kell tájékozódást szereznünk: a) Vannak-e és melyek azok a takarmányok, melyek különleges serkentô hatást gyakorolnak a tejképzôdésre, vagy amelyek csökkentik a tôgy mûködési erélyét? b) Minô takarmányok befolyásolják a tejzsír összeállását: szilárdítását vagy lágyítását? c) Mely takarmányok rontják a tej és tejtermékek ízét, szagát és tartósságát? A jó széna is fokozza (0,1 százalékkal) a tejzsírmennyiségét. Általában a takarmány nagyobb zsír és fehérjetartalma elônyös a tej zsírtartalmának emelésére, míg a szénhidrátokban gazdag, de zsírban és fehérjékben szegény abrakfélék csökkentik a tej százalékos zsírtartalmát.
193 Gyakorlati szempontból érdekes és hasznos azzal a kérdéssel foglalkozni, hogy mi a következménye annak, ha a fejôsteheneket fukaron vagy túl bôven tápláljuk. Ha a tejképzôszerv nem kap munkájához nyersanyagot, akkor természetesen kénytelen mûködését beszüntetni vagy legalábbis mûködési erejét csökkenteni. A természeténél fogva leggyengébben tejelô, vagy az „öreg fejôs” rohamos apadással reagál a fukar takarmányozásra. Innen van az, hogy a laktáció 8-9 hónapjában levô közepesen vagy gyengén tejelô teheneket tisztán az abrak elvonásával is el lehet apasztani. Határozottan helytelen a friss fejôstehenek téli takarmányozásának elhanyagolása, mert hiú az a remény, hogy a tavaszi fû és zöldtakarmány pótolni fogja a téli hiányt és helyrehozza a tejhozamot.
ALKALMAZÁS Tanulmányunkban községünk 10 fejôstehén tejének a vizsgálatát végeztük el. Vigyáztunk a kiválasztásnál, hogy a tehenek ugyanabból a fajból legyenek, mert láttuk az elôbbiekben, hogy a tej összetételénél szerepet kap a genetikai öröklés is. Mind a tíz szarvasmarha a román pirostarka fajtához tartozik. A kutatási folyamatot csak akkor kezdtük el gyakorlatban megvalósítani, amikor a tehenek végképp bejöttek a legelôkrôl, ez az októberi hónapot jelentette. Az összetétel meghatározását hordozó paraméterek adatait az I. Táblázat mutatja be. A táblázat eredményei mérések, megfigyelések és interjúk alapjai. Mérési folyamatokat végeztünk a szarvasmarha által használt víz milyenségének a meghatározásánál, illetve a hômérsékleti értékek megállapításánál. Tíz szempontot tüntettünk fel a táblázatban, de mi összesen 18 kritériumalapot próbáltunk vizsgálni illetve megfigyelni. Azokat a paramétereket, amiket nem tüntettünk fel, azonosságuk szempontja határozta meg. Például a tíz tehén közül az elmúlt három évben egyik sem szenvedett semmilyen betegségben, vagy a bánásmóddal kapcsolatos információink nagyjából azonosak. Az istállókörülményeknél a prioritási listára a helyigény, a hômérséklet, szellôztetés és a páratartalom került. Ennek a négy elemnek az elbírálása alapján kapták az istállók az öt minôsítés valamelyikét (nagyon gyenge, gyenge, közepes, jó, nagyon jó). Az elsô két tehén ugyanabból az istállóból lett kiválasztva. A tisztasági, higiéniai körülmények megfigyelését ennél a munkánál elhanyagoltuk, annak ellenére, hogy meghatározó lehet a tej összetételére. Megemlíthetô, hogy mind a tíz esetben kézi fejést végeznek a gazdák, és a tôgyet tökéletesen kifejik. A tej összetételének megállapításához analitikai illetve elektronikai módszereket alkalmaztunk. A „Milkoscan” típusú berendezés eredményeit vettük pontosabbnak és azokat foglaltuk a következô táblázatba:
(nap/kg) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 13 4 7 5 6 5 9 5 8
S. sz. Kor (év)
8 7 7 5 8 9 5 7 6
Laktációs idôszak (hónap)
Zsír (%)
Igen Igen Igen Nem Igen Igen Igen Nem Nem
Rendszeres mozgás
1. táblázat
Istálló Tehén Ivóvíz körülmények tevékenysége minôsége a fejés ideje alatt 6 és 18 Kitûnô Eszik Jó 6 és 18 Kitûnô Eszik Jó 8-9 és 21-22 Kitûnô Eszik Jó 6-7 és 18-19 Jó Kérôdzik Gyenge 6-8 és 19-20 Közepes Kérôdzik Gyenge 7 és 19-20 Közepes Eszik Közepes 8 és 19-20 Gyenge Eszik Gyenge 7-8 és 18-20 Gyenge Eszik Jó 8 és 20 Jó Eszik Gyenge
Fejés ideje (r-e) Pillangószéna Pillangószéna Nyíri széna Hegyi széna Nyíri széna Réti széna Árpa szalma Hegyi széna Zabszalma
14 14 12 8 12 8 7 8 10
Takarmány Takarmány fajta mennyiség
194 195
Sorsz. t (oC) p(g/cm3) pH Savasság (oT) Zsír (%)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 1,0301 1,0292 1,0300 1,0205 1,0102 1,0351 1,0264 1,0310 1,0154 1,0120 6,73 6,61 6,60 6,70 6,61 6,65 6,72 6,59 6,64 6,64 15,5 16,5 16,5 15 15,5 15,5 16 16 15,5 16,5 4,35 3,65 3,55 2,36 3,48 3,55 2,62 2,18 2,95 3,43
1 2 3 4 5 6
Tehén
1. diagram
7
Protein Laktóz (%) (%)
3,82 3,53 3,32 3,18 3,45 3,58 3,15 3,12 3,31 3,46
8 9
4,87 4,78 4,56 4,53 4,67 4,68 4,65 4,78 4,68 4,57
2. táblázat
Az alábbi diagramban látható a tehenek tejének zsírszázaléka.
tehenektejének tejénekszírszázaléka zsírszázaléka AAtehének
5
4
3
2
1
0 10
Sz.a. (%)
13,38 11,76 10,56 12,45 11,64 12,48 10,25 13,67 12,22 10,46
196
197
A szálastakarmányok napi adagjának nagyságát részben az szabja meg, hogy mekkora a gazdaság készlete. A tél minden napjára jusson egyenlô adag. A pillangószénák jellemzôje, hogy sok fehérjét és ásványi anyagot tartalmaznak. Megfigyelhetô a táblázatból, hogy az 1 és 2 számú tehenek zsír- és protein tartalma kiemelkedô, ami korrelációba hozható az általuk fogyasztott takarmány összetételével. E két tehén esetében lucernából és vörösherébôl készített szénát használtak takarmányozásra. A lucerna a legízletesebb, fehérjében leggazdagabb pillangószéna. A zölden száradt, dús levélzetû, vékony szárú és kellemes illatú lucernaszéna kedvelt takarmány, táplálóanyag-, ásványianyag- és karotintartalma egyaránt nagy. Réti szénáknak változatos a fûösszetételük, ez adja kedvezô biológiai értéküket. Az érintett esetekben virágzás kezdetén kaszáltak, megázás nélkül sikerült elvégezni a betakarítást, így a széna ízletes, valamint tápláló- és ásványi anyagokban egyaránt gazdag. A megfigyeléseink alapján az állatok szívesen fogyasztják. A vidék adottságaiból fakad, hogy a réti szénában jelentôs részben vannak jelen a pillangósok is. Az alábbi táblázatban összefoglaltuk röviden a dolgozatban szereplô szarvasmarhák takarmányainak táplálóértékeit:9 A takarmány neve Rétiszéna Vöröshere Lucerna Árpaszalma Zabszalma
szárazanyag 840 840 840 860 860
1 kg takarmányban keményítôérték 210-347 290-380 261-369 210 220
fehérje 27-55 57-134 115-165 14 12
Megjegyezhetô, hogy egyik esetben sem alkalmaznak a gazdák takarmány kiegészítô anyagokat a takarmánysó kivételével, mely mindegyik portán az állatok elôtt van, szabad használatban. A táblázatainkból világosan kitûnik, hogy a tehén tulajdonképpen a takarmányt alakítja át tejjé. Tehát minôségi takarmány nélkül alacsony a hozam és gyengébb a minôség. A teheneink takarmányozása a szálas, rostos takarmányféléken alapszik. Az alapot tehát a természetes gyepterületeken termô fûfélék képzik szárítva. Az elsô két tehén esetében a takarmányt a szántóföldön termesztett takarmánynövény (lucerna és lóhere) jelentette. Volt példa gabonatermesztés mellékterméki (zabszalma és árpaszalma) takarmányozásra is. A gazdák többsége az egyszerûségre törekszik, éppen ezért azzal etetik állataikat, ami éppen van, és annyit adnak nekik, amennyi jut.
Láttuk a táblázatainkból, hogy a nagyobb zsírtartalmú tejet tejelô tehénnek dúsabb takarmány jár. A zsírosabb tejet termelô tehén tejében a fehérje mennyisége is növekszik. A sok statisztikai adat feldolgozásából az tûnik ki, hogy a tej átlagos fehérje-százalékát kiszámíthatjuk a következô képlet alapján:10
fehérje% = 2,29 + 0,33*zsírszázalék Ez a mi esetünkben apró hibaeltéréssel be is igazolódott. A gyakorlat számára igen értékes következtetést vonhatunk le a fenti számsor alapján: a nagy zsírtartalmú tejet a tehén aránylag kevesebb fehérje fogyasztása árán termeli, mint az alacsony zsírtartalmút.
KÖVETKEZTETÉSEK ÉS JÖVÔBENI TERVEK: Annak ellenére, hogy eredeti dolgozattervünk a biogazdálkodás minôségének javítása volt, praktikus váltást eszközöltünk és érdekes illetve hasznos információk birtokába jutottunk tudományos munkánk során. Munkánk eredménye meggyôzött bennünket arról, hogy valóban szoros összefüggés áll fenn a takarmányozás és a tehéntej összetétele között. Terepmunkánk során arról is meggyôzôdtünk, hogy a gazdák többsége ismeri az állattenyésztés alapjait-fortélyait, és mindegyikük próbál produktív eredményekkel munkálkodni. Azt is láttuk, hogy mások beletörôdtek a sorsukba és csak a minimális fenntartáshoz szükséges intézkedéseket végzik el. Érdekes dolog, hogy inkább az idôsebb korosztály tanúsít érdeklôdést a gazdálkodás újdonságai felé. Az is tény, hogy a gazdák többsége az 50. életévét már betöltötte. Annak ellenére, hogy néhány gazda nem tud tudományos jellegû magyarázattal szolgálni, iparkodnak a takarmány helyes és gondos kiválasztását megejteni. Érdekes számunkra, hogy a szénakészítési folyamatnál vigyáznak azon faktorok elkerülésére, melyek rontják a széna minôségét. Tudatunkban van, hogy az elkezdett munka csak egy lépés. Tervünk, hogy minél több állatállományt bevonjunk a megfigyeléseinkbe. Fontosnak tartottuk, hogy rendszeres idôközönként visszalátogassunk a dolgozatunkban szereplô állatainkhoz, és heti rendszerességgel analizáljuk termékeiket. Ugyancsak érdekes rész lesz, ahogy a száraz takarmányozás és a fokozott zöldtakarmányozás átmenetét fogjuk megvizsgálni a tej minôségére nézve.
10 Dr. N. Miklós: A háziállatok takarmányozása – Cseres Könyvkiadó – 1974 – 117-127 o. 9 S. József: Szarvasmarhatenyésztés – Mezõgazdasági Kiadó – 1962 – 444-445 o.
198 Forrásanyag V. Temisan: Tehnologia cresterii si exploatarii bovinelor - Ed. Ceres - 1977 M. Balatoni: A tej összetétele és tulajdonságai. - Mezôgazdasági Kiadó, - 1981 P. István: Háztáji állattartás - Kriterion 1989 P. Tamásné - Élelmiszerismeret - Közgazdasági és jogi könyvkiadó - 1985 G. Kálmán - Élelmiszer - kémia 2. - Mezôgazda kiadó - Budapest - 1993 Cs. János - Élelmiszerkémia - Kaposvári Egyetem - Kaposvár - 2000 S. Jószef: Szarvasmarhatenyésztés - Mezôgazdasági kiadó - 1962 Dr. D Ferenc: Állattartási technológia - Mezôgazdasági kiadó - 1989 Dr. N Miklós: A háziállatok takarmányozása - Ceres konyvkiadó - 1974 G. Kálmán: Az élelmiszerkémia alapjai - Mezôgazdasági Kiadó - 1979 L. Radomir: Élelmiszeranalitika - Mezôgazdasági Kiadó - 1987 Sz. József: Mezôgazdasági termékek áruismerete - Scientia Könyvkiadó - 2002 http://www.chemonet.hu/ M. András: Gyergyóalfalu a történelem sodrában - Pallas Kiadó - 1997
199
TOXINOK, MINT BIOLÓGIAI HARCANYAGOK Nagy Márton Géza, Kern György Vak Bottyán Gimnázium, Paks Felkészítõ tanár: Binder Klára, Bõsz Krisztina Témánknak a toxinokat választottuk, mivel napjainkban ez a harcanyag jelenti a legnagyobb veszélyt az emberiségre, és azt szeretnénk, ha errôl a témáról Önök / ti is tudomást szereznének. Egyre többet hallani a különbözô terrorista csoportokról, félkatonai szervezetekrôl, valamint hadseregekrôl, melyek komolyan fenyegetôznek mind biológiai, mind vegyi fegyverek bevetésével. És ezek a fenyegetések korántsem az üres szóbeszéden alapulnak… A vegyi fegyverek elsô bevetésérôl Charles Townsend ôrmester beszélt elôször az 1915. április 22-i ypperni támadáskor, amikor is a németek a világon elôször alkalmaztak mustárgázt az ellenséges katonai állások ellen. Hivatalosan ettôl a naptól kezdve számoljuk a biológiai és vegyi fegyverek elsô használatának a napját. Az I. és a II. világháború között az ideggázok fejlôdése megtorpanni látszott, ámde ez korántsem a valóság volt. A II. világháborúban a gázokat egyik harcoló fél sem merte alkalmazni nagy menynyiségben, az esetleges következmények miatt. A hidegháború éveiben mind a Szovjetúnió, mind az USA komoly fegyverkezési versenybe kezdett, ami a biológiai fegyvereket sem hagyta érintetlenül. Az orosz és az amerikai tudósok egymás után kísérletezték ki a pusztító ideggázokat, de használni egyik szuperhatalom sem merte. Igaz, a Szovjetúnió alkalmazta ôket, amikor „baráti hívásra” lerohanták a kitörni készülô országokat. Amerikai félrôl is történt hasonló esemény a vietnami háborúban. Az emberiség nem is mer belegondolni, mi lett volna, ha ezek a gázok, mérgezô anyagok harci alkalmazásba kerülnek… 1990-ben, a Szovjetúnió felbomlása után nagy mennyiségû vegyi, valamint biológiai fegyver tûnt el a volt tagországok egyes területeirôl. Máig sem tudták kideríteni, hogy ezek hová tûntek. Napjainkban, (minta a bevezetésnél is említésre került) egyre több szervezet rendelkezik illegálisan harci és ideggázokkal. A biológiai fegyverek elôállítási költsége meglehetôsen alacsony, ezt nagyon jól példázza a R. Duell könyvébôl kiemelt rész, miszerint: „1 négyzetkilométer 50%-os halált okozó kezelése hagyományos fegyverek-
200
201 150 kD molekulatömegû toxin, 100 000-szer mérgezôbb a világháborús
kel 20000$, nukleáris fegyverekkel 8000$, vegyi fegyverekkel 6000$, míg biológiai fegyverekkel mindössze 10$.”
német Sarinnál egyes feltételezések szerint az 1942-ben Heydrich ellen elkövetett merény-
Ebben az elôadásban a biológiai fegyverek egyik különleges ágáról, a toxinokról szeretnénk beszélni, valamint a legismertebb toxinokat részletesen bemutatni. NATO-definíció szerint az élô állatok, növények vagy mikroorganizmusok által termelt, vagy azokból elôállított mérgezô hatású vegyületeket toxinnak nevezzük. A vegyi és biológiai tömegpusztító-fegyvereket elválasztó különbségeket feloldóösszekötô kapocs a közös emberi anyagcsere, amelyek felborítására, kényes egyensúlyi állapotainak megzavarására szolgálhatnak akár a mesterséges, akár a természetes eredetû toxikus anyagok, vagy az élô szervezetek. Induljunk el ezen a szálon. Mint ismeretes, nagyon sok állat növény vagy baktérium rendelkezik védekezô anyaggal. Vegyük példának a varangyos békát. Ha veszélyben érzi magát, akkor képes más állatokra mérgezô váladék kibocsátására. A toxinok eredete nagyon színes képet mutat. Egyes fajtáit elhalt élôlényekbôl, más fajtákat az élôlények váladékából esetleg anyagcser termékébôl vonják ki. És még nagyon sok lehetôség van erre. Sokan, ha a toxin szót hallják, rögtön a különbözô fertôzések jutnak az eszükbe. Pedig nem szabad összekeverni. Mindössze annyi a közös bennük, hogy mind a kettô az orvostudományhoz tarozik. Fertôzéskor egy alacsonyabb rendû életforma betegít meg egy magasabb rendû életformát. A fertôzés terjedni szokott, általában emberrôl emberre. Egyenes példa erre a középkorban bekövetkezett pestisjárványok. Ezzel szemben a toxinok nem fertôzôek, nem tudnak egyik élôlényrôl a másikra továbbterjedni. A fertôzés legjellemzôbb formája a betegség, melynek különbözô fajtái léteznek. Ezek közül a három legfontosabbat említeném csak meg: vírus, baktérium, gomba. A betegség legtöbb esetben élôlényektôl, növényektôl ered. A toxinok természetes úton nem mérgezôek, hanem „csak” elôállíthatóak. A következô részben a három legismertebb/legmérgezôbb toxinról szeretnék beszéni.
Botulinus A Napjainkban ismert legerôsebb toxinok közé tartozik Alkalmazására a legvalószínûbb mód aeroszol útján, vagyis levegôbe jut-
tatva
letben a botulinus toxin gyakorlati felhasználásra került sor, de ez mindmáig vitatott tény a toxin a szervezetbe bekerülve az idegvégzôdéseken kötôdik és meggátolja az acetilkolin felszabadulását, vagyis bénítják a légzôizmok mûködését tünetei: kettôs látás, beszéd és nyelészavar, fénymerev pupillák valamint szájszárazság a toxin okozta betegség ételmérgezés formájában az 1700-as évektôl ismert, de a kórtana csak 1896-ban tisztázódott a botulinus toxin anaerob (levegôtôl elzárva tud szaporodni) nem fertôzô ágens a baktérium anyagcsereterméke a mérgezô 1g botulinum 10 millió ember kipusztításához elég, ez is híven tükrözi a toxicitását elôfordulása: talajban lappangási idô 2-3 óra, aztán robbanásszerû szaporodás következik be botulizmust okoz (romlott hentesárukban, hal és fôzelékkonzervekben elszaporodó baktériumok okozta igen súlyos, sokszor halálos ételmérgezés)
Néhány Magyarországon történt Botulinum haláleset: „Kolbászméreg” egy disznóölésnél egy szelet hús a földre esett, és utána nem mosták át rendesen. Bedarálták majd vékonybélbe töltötték. Itt természetesen a toxin levegôtôl elzárt helyre jutott, és nemsokára szaporodni kezdett, ezáltal megfertôzve a kolbászt. Zöldbabkonzerv ezt a történetet egyik ismerôsöm mesélte, és megtörtént, miszerint egy ember kibontott egy körülbelül 5 éves zöldbabkonzervet, belekóstolt, majd napokon belül meghalt. Mint utólag kiderült, a babot nem mosták át rendesen, mielôtt konzervet készítettek belôle.
Ricin Latin nevén Ricinus Communis Már a XIX. Század óta ismert mérgezôanyag A ricinusolajat a mezôgazdaságban alkalmazták, repülôgépmotor
kenôanyagaként (II. világháborútól a 60-as évekig)
202
203 Ezt az olajat a ricinus terméséül szolgáló babból állították elô A visszamaradt melléktermék szárazanyagából nagy mennyiségben, egy-
szerûen és könnyen lehet/lehetett elôállítani a letális biológiai harcanyagot, a ricint 3 mag elég egy gyerek, míg 8 mag elég egy felnôtt halálához 66 kD molekulatömegû, két polipeptid szálból áll -> a megtámadott sejtben a fehérjeszintézist bénítja meg Gyakorlati alkalmazása: 1978-ban, egy politikai terrorakcióban, G. Markov emigráns bolgár újságíró ellen A toxikáció tünetei függnek az alkalmazás módjától (tápcsatornán, bôrön vagy légutakon keresztül) Tünetek a bejutás után 12-24 órával kezdôdnek, majd gyengeség, láz, köhögés és tüdôödéma alakul ki, melyet légzési elégtelenség követ A halál 36-72 órán belül áll be, súlyos légúti fertôzéshez megtévesztôen hasonló kórképet okozva
Tetanus Kórokozója a Clostridium Tetani Anaerob Toxinja felszívódva az idegrendszert károsítja, súlyos, fájdalmas izomgör-
csöket okoz Spórás baktérium Talajban, porban elôforduló spórák roncsolt, szennyezett sebekbe jutásával
fertôz Baktérium szaporodása lokális tüneteket nem okoz Lappangási idô /incubatio-inkobáció/ minél rövidebb, annál súlyosabb és
rosszabb kimenetelû a betegség Lappangási ideje 4-14 nap
Következô nagy témánk a toxinok csoportosítás, amely 4 szempont szerint végezhetô el: Kémiai tulajdonságaik szerint, toxicitásuk szerint, eredetük szerint és hatásmechanizmusok alapján.
Kémiai tulajdonságuk alapján 2 csoportba soroljuk ôket: Nagy molekulasúlyú ( butulinus toxin) Alacsony molekulasúlyú (SEB) nagy erejû, letális biológiai harcanyag
Napjainkban biológiai (génsebészeti) modszerekkel lehet elôállítani Alacsony molekulasúlyú, vízoldékony szerves vegyületek (saxitoxin, egyes mytotoxinok) Lipidoldékony szerves vegyületek (aconitin) Némely anyagokat klasszikus szerves kémiai szintézis alkalmazásával ELVBEN lehetséges elôállítani
Toxicitásuk alapján Közös meghatározó tulajdonságuk, vagyis jellemzô toxicitásuk emberre, állatra, növényre is hatással van, bár e tekintetben a határok meglehetôsen tágak. A toxinok általában a vegyi harcanyagok toxicitását meghaladják. Egyes toxinokra jellemzô: Toxicitási adatuk katonai jelentôségét mutatja, hogy a toxicitás és az azonos feltételek mellett aeroszol alkalmazásával végrehajtott biológiai csapás kiváltásához szükséges anyagmennyiség között fordított arányosság áll fenn. Pl.: botulinus toxin 80 kg = saxitoxin, ricin 8 tonna = T2 mikotoxin tonna A toxinok katonai alkalmazásának csak a toxicitás erôssége szab határt. Tehát a csapás kiváltására felhasznált anyagmennyiség nem növelhetô korlátlanul. Az eredet szerinti csoportosítást az alábbi ábra szemlélteti:
204
205
Hatásmechainzmusuk alapján:
KORUNK RÉMEI: AZ ADALÉKANYAGOK
Legmagasabb toxicitás, Közepes toxicitás valamint Alacsony toxicitás
Mérôszáma az LD50 (letális dózis), amely azt jelenti hogy a toxinnal megtámadott területen a biomassza 50%-a elpusztul. Ez függ attól, hogy a toxint milyen életforma pusztítására használjuk. Mértékegysége mikrogramm/ kilogramm
Szujó Szabina, Scheich Bálint Leôwey Klára Gimnázium, Pécs Felkészítõ tanár: Gaál Tiborné, Nagy Mária BEVEZETÔ
Miért alkalmazunk toxint? A toxinok alkalmazása során észrevették, hogy kis hatásban meglehetôsen nagy, illetve nagyon nagy dózist képes kifejteni. Mivel alig mikroszkópikus nagyságokról beszélünk, így elég nehéz kimutatni, és azért körülményes az észrevétele, mert a legtöbb toxin más ismert betegségekhez hasonló kórképet mutat. A hosszú lappangási idô nagyon elônyös, mivel alkalmazás után nem jelentkeznek azonnal a hatások, csak napok, órák, esetleg csak hetek múltán. A lappangási idô azt jelenti, hogy a mérgezés mikor produkál látható jeleket. Hatása nagyon könnyen kiszámítható, mivel a toxinok nem fertôzôek. Majdnem pontos adatokat lehet közölni az elhalálozottak számáról. És legutoljára beszélhetünk a viszonylagos olcsóságról, amint azt az elôadásunk elején leírtunk Duell könyvébôl. „1 négyzetkilométer 50%-os halált okozó kezelése hagyományos fegyverekkel 20000$, nukleáris fegyverekkel 8000$, vegyi fegyverekkel 6000$, míg biológiai fegyverekkel mindössze 10$.”
„A kisgyerek édesanyjával bemegy egy élelmiszerüzletbe és rácsodálkozik az édességes polcra. Kiválaszt egy feltûnôen színes, nagy nyalókát, amit édesanyja gondolkodás nélkül betesz a kosárba…”
Vajon el szoktunk-e gondolkozni azon, hogy mit is veszünk a boltban, mit is eszünk meg? Véleményünk szerint nem. Manapság rendkívül sok élelmiszer tartalmaz szervezetünkre káros adalékanyagokat, amikrôl valaki egyáltalán nem tud, valaki pedig nem akar tudni. Ezek a káros anyagok bekerültek a mindennapjainkba az élelmiszerek ipari méretû feldolgozása, a nemzetközivé vált élelmiszerpiac kapcsán. Ne tévesszen meg senkit a termékek „gyönyörû” csomagolása, amik az eladók helyett magukat kínálják a gyanútlan vevôknek. Az adalékok használatából elsôsorban a gyártók húznak hasznot. Hogyan?
Az adalékok a termékeket tetszetôssé, jobban eladhatóvá teszik (színezékek, fényezô-,
zselézô anyagok), új termékcsoportokat juttatnak a piacra, amik segítenek leplezni a minôsé-
Összegzés: A toxinok használata a biológiai hadviselés egyik kevéssé ismert területe. Jelentôségük a korszerû háború során sem halványodik el, a biológiai ismeretek felgyülemlése egyesek szerint egyenesen a genomika korát nyitja meg, amely eddigi eredményeiben és várható hatásaiban az atomfizika és nukleáris ipar drámai-tragikus kialakulásával állítható párhuzamba. Nyilvánvaló, hogy a hadviselés területein is meg kell jelenjenek a hatásai az emberi tudás robbanásszerû kiterjedésének, ahogyan ez a történelem során eddig is mindig megtörtént.
gi hibákat (ízfokozók, édesítôszerek, aromák), olcsóbbá teszik a termelést, hisz a vegyipar szintetikus adalékaival drága
alapanyagokat lehet kiváltani (aromák, gyümölcshúsok, zselék), növelik a termék elállóságát, térfogatát (tartósítószerek, tészta-kelesztôsz-
erek, pelyhesítôk), a termékbe építve vághatóvá teszik a vizet (pl.: a párizsi)3
Vigyázzunk azokkal a termékekkel, amik messzirôl érkeznek (pl.: a több ezer kilométeren át utaztatott déligyümölcsök) vagy sok feldolgozási mûveleten esnek át (a félkész-ill. készételek pl.: konzervek, mélyhûtött áruk, és a magas feldolgozottságú termékek pl.: egyes tejipari és húsipari készítmények, édességek, „üdítô” italok)
206
207
MIT TAKARNAK AZ E-SZÁMOK? A felhasznált adalékanyagok pontos (kémiai) elnevezésével illetve az ahhoz kapcsolt ún. E-számokkal eddig elsôsorban az Európai Unió (EU) országaiból érkezett élelmiszerek csomagolásain találkozhattunk. Az EU az 1960-as években dolgozta ki a tagállamaiban engedélyezett adalékanyagok azonosító rendszerét. Minden adalék kapott egy E-számot. Ennek fô oka a kémiai elnevezések különféle értelmezési nehézségeinek elkerülése volt, de elterjedésükben nagy szerepet kaptak az erôsödô fogyasztóvédelmi követelések is.
Az E-számok csoportosítása: E 100-tól kezdôdô számokkal jelölték a természetes és mesterséges színe-
zékeket E 200-tól sorolták be a különféle tartósítószereket E 300-tól jelölték az antioxidánsokat, az emulgeátorokat és a savanyítósz-
ereket E 400-tól kezdôdtek a sûrítôanyagok, zselésítôszerek stb. E 500-599 Savasság szabályozók, csomósodásgátlók, fényezôanyagok,
vegyes adalékok E 600-699 Ízfokozók és módosítók E 900-999 Édesítôszerek, vegyes adalékok, egyéb anyagok E 1000-tôl Egyéb kiegészítô- és segédanyagok2,11
Az új magyar élelmiszertörvény, annak végrehajtási rendelete (és a kapcsolódó jogszabályok) – az EU-hoz igazodóan – ma már nálunk is kötelezôen írja elô az élelmiszereknél felhasznált anyagok, aromák és adalékanyagok pontos feltüntetését. A felhasznált anyagokat a „receptúra szerinti csökkenô sorrendben” kell felsorolni. A termékismertetôn tehát a legnagyobb súlyarányban szereplô anyag van a lista elején, a legkisebb arányban felhasznált pedig a végén. Az adalékanyagok megjelölésének a felhasználás elsôdleges céljához és a Magyar Élelmiszerkönyv elôírásaihoz kell igazodnia. Ez utóbbiak visszautalnak az EU jogi normáira, ami azt jelenti, hogy mi is elfogadtuk és 1996. január 1-vel bevezettük az adalékanyagok jelölésére és gyors azonosítására alkalmas E-számrendszert. A magyar szabvány a hazai gyártóknak az EU-nál jóval kevesebb adalékanyag felhasználást enged. Ez sajnos az EU-csatlakozásunkkor megváltozott, hiszen belépésünk feltétele volt az ottani elôírások (adalékfajták + határértékek) azonnali átvétele... 4
A BEFOLYÁSOLÁS MESTEREI
1 Az élet illúziója: a színezékek A színezôanyagok optikailag javítják az élelmiszer kinézetét, illetve csökkentik a feldolgozás közben történt színveszteséget (pl. gyümölcs- és zöldségkonzerveknél).
1.1 A természetes színezékek Karotinoidok Sárga, narancsvörös vagy vörös színû, vízben nem oldódó anyagok. A növényi levelekben, gyökerekben és termésekben vannak jelen. A paradicsom és a pirospaprika a karotinoidok bôséges tárházát nyújtja. Jellemzô képviselôjük a béta-karotin megtalálható a sárgarépában, sütôtökben, kajszibarackban, parajban és kukoricában. A citrom, narancs és banán héját is ezek a vegyületek színezik.
Antocianinok Vízoldható színanyagok. A piros alma, piros és kék szilva, cseresznye, meggy, málna, szamóca, ribizli, a piros és kék szôlô színanyagait adják. Savas közegben narancsvöröstôl liláig, lúgos közegben kék-kékeszöld között, erôsen lúgos közegben zöldre és sárgára változtatják színüket. Sajnos a gyümölcskészítmények gyártása során károsodnak, egy részük inaktiválódik, ill. a derítés-szûrés mûvelete során eltávozik.
Klorofillok (E 140) Zsírban oldódó növényi színanyagok. A természetben elôforduló valamennyi zöld növény tartalmaz klorofillokat, fôleg levelekben és növényi szárban találhatók meg. További színezékek: betanin (E-162), karminsav (E-120), melanoidinek, kurkumin(E-100), paprika-kivonat (paprika-oleorezin), kartamin, maláta, karamell (E-150) stb.
1.2 A mesterséges színezékek Tartrazin (E-102) Önmagában sárga szín kialakítására alkalmazzák, de különbözô színkombinációk részeként beépítve számos szín elérhetô vele (zöld, barna). Egyike az allergiát leggyakrabban kiváltó adalékanyagoknak. Használatát Németországban az elmúlt években
208 korlátozták, de az EU engedélyével különbözô termékekben ismét megjelent. Allergiát, asztmát, csalánkiütést okoz. Ausztriában 1984 óta tiltott. Svájcban szintén.
Eritrozin (E-127) Szintetikus anyag, az állatkísérletek azt jelzik, hogy az eritrozin gátolja az idegrendszer normális mûködését. Egyes vélemények szerint a hiperaktív gyerekeknél fokozott viselkedési zavarokat válthat ki. Az állatkísérletek során erôs gyanú merült fel, hogy befolyásolja a pajzsmirigy hormon mûködését (amit részben rákra utaló elváltozások is jeleztek). Feltehetôleg allergiát okoz. További színezékek: kárminsav (E-120), neukokcin (E-124), narancssárga-S(E110), alluravörös (E-129), amarant (E-123) stb.
2 A tárolhatóság ára: a tartósítószerek A tartósítószereket nem minden esetben kell feltünteti, fôleg akkor nem, ha az élelmiszerbe kevert (más) adalékanyaggal kerülnek a termékbe. Tartósítószert használnak haltermékek, a gyümölcslevek, az üdítôitalok, a kenyér, a pékáruk, a saláták, a margarin, a salátaszószok, a bor, a szárított gyümölcsök és zöldségek, a citrusgyümölcsök stb. tartósításához.5
Hexametilén-tetramin(E-239) Univerzális felhasználású szer, amit orvosságként köszvény és a húgyúti fertôzések esetén is alkalmaznak. Formaldehiddé alakul. Tartósítószerként való használata eddig kizárólag a Provolone-fajtájú sajtok esetében engedélyezett.
Nátrium-tetraborát(borax, E-285) Az EU, mint a kaviár tartósítószerét engedélyezte (eddig tiltott volt). A borátok erôsen toxikus hatású anyagként ismertek, amelyek felhalmozódnak a szervezetben. Mérgezés esetén ismert ellenszere nincs. További tartósítószerek: nátrium-szorbát (E-201), tiabendazol(E-223), natamicin (E-235), propionsavak (E-280), dimetil-dikarbonát (E-242) stb.
3 Antioxidánsok, emulgeátorok és savanyítószerek Az antioxidánsok olyan anyagok, amelyek az oxidáció okozta romlás (pl.: zsírok avasodása, színváltozás) megakadályozásával növelik a termék eltarthatóságát és tetszetôsségét.
209 Butil-hidroxi-toluol (E-321) Szintetikus anyagok. A BHA (E320) a rágcsálnivaló termékeket védi az ízhibáktól, javítja a marcipán, nugát és máktöltelék eltarthatóságát. A pék- és cukrászárukon az anyag összetételének feltüntetése nem kötelezô. A BHT csak rágóguminál engedélyezett. A rágcsálóknál részben rákkeltô, részben a rák kialakulását gátló hatást figyeltek meg. Az állatkísérletek során elváltozások jelentkeztek az immunrendszernél, a pajzsmirigyben és a májban. Mindkét anyag felhalmozódik az emberi zsírszövetben és a magzatba is bekerülhet. Allergiát kiváltó anyagként ismertek. Nagy valószínûséggel allergiát okoznak. Használatukat csak néhány terméknél engedélyezik (pl. a rágóguminál). További antioxidánsok: aszkorbinsav (E-300), szulfitok (E-221-228), tokoferolok (E-306-309), propil-gallát (E-310), butil-hidroxi-anizol (BHA, E-320) stb. Az emulgeátoroknak a jelentôsége abban áll, hogy csökkentik az egymással nem elegyedô folyadékok (olaj-víz emulzió) ún. határfelületi feszültségét. Mivel az élelmiszerek között sok az emulzió (pl.:tej, tejszín, majonéz, vaj, margarin stb.), az emulgeátorok szerepe jelentôsen megnôtt.
Lecitin(E-322) Tojássárgájában, olajos növényi magvakban található. Szójaolajból állítják elô. Csokoládéhoz, édesipari töltelékekhez stb. használják. További emulgeátorok: szorbitán-észterek (E-491-496), polioxietilén-monosztearát(E-431) stb. Asavanyítószerek amellett, hogy kellemes savanyú ízt adjanak, tartósító tulajdonsággal is bírnak. Némelyikük szilárdítószerként vagy kelesztôszerként is használatos, de vannak zselésítôként, antioxidánsként sôt emulgeátorként adagolt savanyítószerek is.
Ammónium-klorid(E-510) Szalmiáksó. Problematikus adalékanyag, az állatoknál és embereknél egyaránt számos mellékhatását figyelték meg (pl. a vérkép, a mellékpajzsmirigy és a mellékvesekéreg elváltozásait). A WHO adatai szerint a terhes kismamákkal folytatott kísérletek súlycsökkenést, hányást, étvágytalanságot és kóros légzésfokozódást jeleztek. További savanyítószerek: ammónium-klorid (E-510) , citrátok stb.
4. Sûrítôanyagok, zselésítôszerek A sûrítôanyagokat besûrítésre és zselésítésre használják. A sûrítôanyagok szabályozzák a kész öntetek viszkozitását, megakadályozzák a kakaórészecskék lerakódását
210 a tejben, vagy vágható állagúra kocsonyásítják a vizet. Sok kalóriaszegény „light” terméknél nélkülözhetlen. Felhasználási területe: lekvárok, sajt- és húskészítmények, pékáruk, tésztatermékek, porított (instant) italfélék stb.
211 További ízfokozók: magnézium-diglutamát (E-625), glutaminsav (E-620), kálcium-diglutamát (E-623)9
7. Elkeserítô vegyületek: az édesítôszerek Karboxi-propil-cellulóz (E-466) Tiszta állapotában viszonylagosan ártalmatlan. Csak tartós bevitel után jelentkeztek a kísérleti alanyoknál – hasmenéssel kísért – még nem pontosított panaszokat. A pékeknél allergiás bôrreakciókat válthatnak ki. További sûrítôanyagok: karragén (gyöngyzuzmó, E-404), guar-gumi (E-412), karboxi-propil-cellulóz (E-466), tragantmézga (E-413)
Édesítôszereknek azokat a természetben elôforduló, ill. mesterségesen elôállított anyagokat nevezzük, amelyek az édes íz érzését váltják ki.
Neoheszperidin-dihidrokalkon (E-959) Egy narancsfajta szolgál gyártásának alapjául. Éretlen, keserû narancsból nyerik. Kémiailag átalakítva jutnak az édesítô hatású vegyülethez. Édesítô ereje több százszorosa a répacukornak. Vizes oldataik hûsítô hatásúak. További édesítôszerek: aszpartám (E-951), ciklamát (E-952), aceszulfám K (E-950)8
5. Csomósodásgátlók A csomósodást gátló adalékok megakadályozzák az élelmiszerrészecskék összetapadását (pl. a lisztnél) illetve azt, hogy a késztermék odatapadjon a formához (a futószalaghoz, a tepsihez). Ezenkívül megakadályozzák az összeragadást (pl. a cukorkáknál), és biztosítják egyes anyagok szórhatóságát (pl. a sónál).
8. Segédanyagok Segédanyagnak nevezünk minden olyan, élelmiszerként önmagában nem fogyasztott anyagot , amelyet valamely nyersanyaghoz, élelmiszerhez alkalmaznak adott technológiai cél elérése érdekében, és amely nem szándékosan, de elkerülhetetlenül maradékok vagy származékok jelenlétét okozza a késztermékben.
Mikrokristályos viaszok (E-907) Élelmiszerek viaszos bevonásához használják. A kenôolaj- gyártás során keletkezett maradékanyag tisztításával nyerik. Gyakran mûanyagokkal vegyítik (pl. polietilén, ciklokaucsuk). Emellett általában az E-320 és E-321 jelû antioxidánsokat tartalmaznak. A végleges toxikológiai értékelése még nem történt meg.
6. Ízfokozók Az élelmiszereknek ízt és szagot kölcsönöznek, elnyomják az ízbeli hibákat és állandósítják az élelmiszer ízét. Sok készételnél az aromák és ízfokozók használata gyakorlatilag elengedhetetlen. Ezek fôleg olyan termékek eladhatóságát segítik, amelyek ízét, aromáját kedvezôtlenül befolyásoló (rossz) nyersanyagból vagy technológiával készítettek.
Nátrium-glutamát (E-621) Alapvegyületét a glutaminsavat egy német kémikus, Ritthausen izolálta 1866-ban. Mint ízfokozó anyagnak önmagában nincs, vagy csak kismértékben van íze és illata, ugyanakkor már kis mennyiségben alkalmazva is sokszorosan felerôsíti az élelmiszerek bizonyos jellegzetes aromáit.
Pektinek Nélkülözhetetlenek a gyümölcslevek, a nektárok, a bor és a zöldségsûrítmények elôállításánál. Lebontják a zöldség- és gyümölcsfélék támasztószövetét. Gyakran használják cellulózokkal együtt, emellett az aromák kinyerésénél is fontos szerepe van. 1,3,6,7
Néhány élelmiszer adalékanyag tartalma Ha végigmegyünk egy áruház csalogató polcai között, könnyen észrevehetjük, hogy a kísérteties számoktól szinte sehol sem szabadulhatunk. Például, ha nem törôdve a kalóriákkal valamilyen édességre vágyunk, a következôt találhatjuk: „Citrom-, narancs-, és málnaízû zselé desszert”
Készült: cukor, keményítôszörp, zselésítô anyag: pektin E440, étkezési sav: citromsav E330, savanyúságot szabályozó: szódabikarbóna E500ii, természetazonos citrom-, narancs-, és málnaaromák, mesterséges színezékek: E104, E110, E124 felhasználásával. Nézzük csak meg közelebbrôl! A pektinek hatásmechanizmusa során melléktermékként metanol keletkezik, ami köztudottan méreg. A kinolinsárga (E104) feltehetôleg allergiát okoz, az USA-ban élelmiszerszínezôként tilos használni. A narancssárga-
212
213
S (E110) és a neukokcin, ponszó 4R (E124) feltehetôleg szintén allergiát okoznak. Korunk egyik legkedveltebb itala a kóla, melyet egy forró, nyári napon mindenki szívesen megiszik. Ha vigyázni akarunk vonalainkra, és a "light" változatot választjuk, az alábbiakat olvashatjuk a palackunk oldalán: Készült: víz, szén-dioxid, színezékek: karamell, édesítôszerek: nátrium-ciklamát (400mg/l), aceszulfám-K (125mg/l), aszpartám* (120mg/l), étkezési savak: foszforsav és citromsav, aromák, tartósítószer: nátrium-benzoát és koffein felhasználásával, *fenilalanint tartalmaz. Káros hatások: a ciklamát (E952) mesterséges édesítôszer, az USA-ban tiltott. Bekerülhet a méhlepénybe és az anyatejbe. A bélflóra ciklohexil-aminná alakítja át, ami – az állatkísérletek szerint – károsítja a herét és a spermiumokat. Az állatkísérletek nagy adagokban történô alkalmazás esetén – hólyagdaganatot jeleztek. Az aceszulfám K (E950) szintén mesterséges édesítôszer. Bizonyos - nyilvánosságra soha nem hozott – vizsgálati eredmények szerint teljesen ártalmatlan. Független vizsgálatok híján az állítólagos ártalmatlanság objektív felülvizsgálata jelenleg nem lehetséges. Az aszpartám két, szintetikus úton elôállított aminosavból álló édesítôszer. Elsôsorban a fenilketonúriában (veleszületett anyagcsere betegség) szenvedôknél problémás. Érzékeny embereknél fejfájást, kábultságot, emlékezetkiesést, látászavarokat, rendkívüli aktivitást, rosszullétet és allergiás reakciókat figyeltek meg. Az aszpartámmal édesített élelmiszereknél ezért kötelezô feltüntetni, hogy fenilalanint tartalmaz! A karamell (E150c- ammóniás, E150d- ammónium-szulfitos) az állatkísérleteknél nagyobb adagban görcsöket váltott ki és csökkentette a fehérvérsejtek számát (módosította a vérképet, ami rákkeltô hatásra utalhat). A foszforsav (E338) a legvitatottabb adalékanyagok közé tartozik. Az ugyan még nem bizonyított, hogy a gyermekeknél hiperaktivitást vált ki, az azonban igen, hogy befolyásolja az emberi szervezet kálciumanyagcseréjét. Túl sok foszfor bevitele megbontja a foszfát-kálcium egyensúlyt és megakadályozza a szervezet kálciumfelvételét, ami csontritkuláshoz vezet. A nátrium-benzoát (E211) az állatok esetében már kis mennyiségben is halált okozhat, embernél viszonylag gyakran vált ki allergiát (asztmát, csalánkiütést). A citromsav (E330) szájgyulladást okozhat. Ha egészségünkre figyelve cukor helyett édesítôszert használunk, vagy C-vitamin tabletták segítségével próbáljuk immunrendszerünket erôsíteni, akkor sem szabadulhatunk a hírhedt számoktól: C-vitamin
Készült: laktóz, aszkorbinsav és hordozók (E460, E470, E551) felhasználásával. Mesterséges édesítôszer Készült: édesítôszerek: Na-ciklamát (34,5 mg/tabletta), Na-szacharinát
(9,3 mg/tabletta), tömegnövelô: Na-bikarbonát, étkezési sav: mono-nátrium-citrát felhasználásával. A fent már említett édesítôszereken kívül itt találkozhatunk még a szacharinnal is, amely mesterséges édesítôszer és állatkísérleteknél hólyagrákot idézett elô. Hólyagúti megbetegedés vagy rendszeres gyógyszerfogyasztás esetén elôvigyázatosság szükséges. A szacharin bizonyos gyógyszerekkel, ill. környezetkárosító anyaggal kapcsolatba kerülve károsítja a hólyag nyálkahártyáját. Sokak által kedvelt és olcsóságával is vonzó termék a párizsi: Sajtos párizsi
Készült: sertéshús, víz, bôrkeemulzió, hôstabil sajt (10,0 m/m%), sertés szalonna, szójafehérje, nitrites pácsó (tartósítószer E250), burgonyakeményítô, stabilizátor (E412, E407, E425, E410), emulgeálószer (E450a), dextróz, antioxidánsok (E301, E330), fûszerek, ízfokozó (E621), füst- és természetes fehérbors, aroma, színezék (E120) felhasználásával. Figyelem: a nitritek súlyos környezeti- és egészségkárosító hatásai közismertek. Ennek ellenére gyakran használatosak húskészítmények, ill. kolbász- és szalámifélék gyártásakor (az ivóvízben megengedett mennyiség tízszeresét is tartalmazhatják). A nátrium-nitrit (E250) a gyomorban és a belekben reakcióba léphet más élelmiszer összetevôkkel, ezzel elôsegítve a rákkeltô nitrózaminok kialakulását. A korragén (E407- gyöngyzuzmó) esetében az állatkísérletek a belekben gyulladást és fekélyt jeleztek. A guar-gumit (E412) a mérgezô guar (gyomnövény) magvaiból nyerik. Gazdaságossági okok miatt a forgalomban lévô guar-gumi 10%-ban tartalmazhatja a gyomnövény egyéb kísérôanyagait. Allergiát okozó anyag. A difoszfát (pirofoszfát, E-450a), hatásai a foszforsavéval egyeznek meg. A nátrium-aszkorbát az aszkorbinsav (mesterséges C-vitamin- E300) sója. A természetes C-vitaminnal szemben a kísérleteknél hólyagrákot, ill. állatkísérletekben a fiatal egyedeknél fejlôdési rendellenességeket okozott. (Gondoljunk csak vissza a C-vitamin tablettákra!) A nátrium-glutamát (E621) az érzékeny embereknél ún. „kínai étteremjelenséget” (halántéktájú nyomást, hát- és fejfájást) vált ki. A patkányoknál szaporodási zavarokat és -utódaiknál- tanulási nehézségeket okozhat. Étvágynövelô hatása elhízáshoz vezet. A fogyasztót megtéveszti a termék tényleges összetételét illetôen. A kárminsav (E120) feltehetôleg allergiát okoz.1,8,10 A fentiekben csupán néhány élelmiszer összetételét és az ebbôl fakadó veszélyeket vizsgáltuk. Természetesen nem minden „E”-tôl kell félnünk. Az élelmiszerek élô szervezetre gyakorolt hatásait folyamatosan ellenôrzik. Sok olyan adalékanyag van, melynek élelmiszeripari használatát már betiltották, mert bebizonyosodott, hogy káros ha-
214 tásúak. Ilyen például a szalicilsav és a nátrium sója. Sajnálatos módon azonban láthattuk, hogy rendkívül sok káros adalékanyag „ment át a rostán”, és kerül a szervezetünkbe nap, mint nap. 10
HOGYAN LÁTJA EZT EGY SPECIALISTA Dr. Gerner Eleonóra belgyógyászt, háziorvost és természetgyógyászt kérdeztük arról, hogy mit tanácsol egy orvos a témában hozzá fordulóknak. „Az elsô és legfontosabb természetesen az, hogy tartózkodjunk a köztudottan sok adalékanyagot tartalmazó élelmiszerektôl. Régen, amikor még sokak rendelkeztek saját földdel, amelyen termeltek, nem volt szükség adalékanyagokra, mert szinte minden frissen állt rendelkezésre. Mai rohanó világunkban azonban egyre jobban elterjedtek a gyorsan elkészíthetô ételek, melyek rendkívül étvágygerjesztôek és rendkívül sokáig eltarthatók. Pont ebben rejlik azonban veszélyességük. Minél gyakrabban próbáljunk tehát régi módszerrel tartósított termékeket vásárolni és fogyasztani! Ilyenek módszerek pl.: a fagyasztás és az aszalás. Fontos, hogy a konzervek és más hasonló húskészítmények helyett inkább a mélyhûtôbôl válasszunk. A legelônyösebbek természetesen a friss gyümölcsök, zöldségek és más friss termékek.”
Következtetés A jövôbe persze senki sem láthat, de az biztos, hogy amíg nem számûzzük ételeinkbôl az E-ket, addig folyamatosan ki vagyunk szolgáltatva veszélyes hatásaiknak. Szomorú tény, hogy ebben a kérdésben bizony gazdasági érdekek is szerepet játszanak. Lehetne a szintetikus színezôanyagok helyett természeteseket is használni, de ez jelentôsen megnövelné az elôállítás költségeit. Ez pedig más adalékanyagokra is vonatkozik. A legtöbb, amit mi tehetünk az E-k elleni folytonos harcban, hogy megpróbálunk minél többet megtudni róluk, és minél jobban elkerülni ôket, míg végül talán egyszer eljön az idô, amikor gondolkodás nélkül válogathatunk az élelmiszerboltok kínálatából.
Irodalomjegyzék Adorján D.: Adalékanyagok. www.baba.hu-bomenu/ecsalad/allergen Ginter Zénó dr.: Fogyasztóvédelmi füzetkék 1998. Kalas György dr.: Az élelmiszerek adalékanyagai. Kiadta: Ökológiai Stúdió Alapítvány, Gyôr 1997
215 Magyar élelmiszerkönyv. Codex Alimentarius Hungaricus Mikola K.: Mindennapi életünk és az adalékanyagok. www.kukabuvar.hu/kb07_12.html Sohár P.-né: Mit kell tudni az élelmiszer-adalékanyagokról? www.elelmezesvezeto.hu/2002-02-06/htm Stájer Géza prof.: Élelmiszer adalékanyagok. Patika Magazin, 2005 január 21. Tóth Gábor: Az E-számokról ôszintén. Kiadta: Pilis-Vet Bt. 2004. Felelôs kiadó: Dr. Saufert Gyula. Készült a Nyomdaipari KKt. Nyomdában, Debrecenben Vágujfalvi Dezsô- Szente Lajos: Élelmiszerek íz-, illat- és aromaanyagainak vizsgálata rétegkromatográfiával. Kiadta: Mezôgazdasági Kiadó, Budapest 1982. Lektorálta: Dr. Tyihák Ernô www.radio.hu (2004. 08.03. Tartósítószerek:káros vagy sem?) www.g.msn.hu (Élelmiszert vagy vegyszert eszünk?)
216
217
GYÓGYNÖVÉNYEK KÉMIÁJA Boros Klára, Hangyál Eszter Pécs Pollack Mihály Mûszaki Szakközépiskola Felkészítô tanár: Göbl László Napjainkban az emberek érdeklôdése megélénkült a gyógynövények iránt. Számos új növényalapú gyógyszert állítottak elô, amelyek használata ráirányította a figyelmet e gyógyszerek hatóanyagát szolgáltató növényekre. Azokat a növényeket nevezzük gyógynövényeknek, amelyek gyógyító hatású anyagokat tartalmaznak. Sok gyógynövény ellenállóbbá, egészségesebbé teszi a szervezetet, s ezáltal hozzájárul az egészség és a jó fizikai állapot megôrzéséhez. Nagy elônyük a gyógynövényeknek a szintetikusan elôállított gyógyszerekkel szemben, hogy nincs mellékhatásuk. Csak arra kell figyelni alkalmazásuk során, hogy a növény összetevôi ne váltsanak ki allergiát. De persze ez nem jelenti, azt hogy a szintetikus gyógyszereket ki kell hagynunk az életünkbôl, csak azt, hogy több figyelmet kell szentelni a hagyományoknak, és a természetes gyógymódoknak. Kísérleteink során arra próbáltunk rájönni, hogy mik azok a kémiai anyagok, amelyek e növények gyógyító hatását kiváltják. Olyan növényeket választottunk, amelyek vagy megtalálhatóak a mindennapjainkban vagy a magyar gasztronómia szerves részét képezik. Vizsgáltuk a fokhagyma baktériumölô tulajdonságait valamint a kamilla illóolaját. Rengeteg információ áll rendelkezésünkre az alkotóelemek sokaságáról, azonban ez nem túl sokat mond el a gyógyításban alkalmazott gyógynövény értékérôl és hasznáról. A gyógynövények használatán alapuló gyógyászat az egyént kezeli, nem csak a megjelenô betegséget. A gyógynövények hatóanyagai lehetnek alkaloidok, glükozidok, keserû anyagok, nyálkák, cukorszármazékok, illóolajok, gyanták, balzsamok, olajok, cseranyagok, szerves savak, vitaminok stb.
FOKHAGYMA Az elsô növény amivel foglalkoztunk a fokhagyma latin nevén Allium sativum. Sok minden tisztázatlan a fokhagyma körül: számos változatának igen különbözô a környezeti igénye, külön-
bözô a természetes szaporodásuk módja is; sokat tudunk és sok mindent nem tudunk az élettani hatásáról, és nincsenek tisztázva termesztésének körülményei se minden vonatkozásban. Annyi azonban bizonyos, hogy a fokhagyma egyike a legfontosabb fûszernövényeknek, a magyaros ételek elengedhetetlen ízesítôje. Nem magyar specialitás azonban, mert az egész világon termelik és fogyasztják, helyenként nagyobb mértékben és kiterjedtebben, mint nálunk. l858-ban Louis Pasteur felfedezte a fokhagyma baktériumölô képességét. A fokhagyma egészségmegôrzô szerepérôl már 35oo éve vannak feljegyzések, mert egy Kr.e. l5oo-ban írt papiruszra az egyiptomi tudósok az illatos gumó 22-féle orvosi alkalmazását jegyezték fel, de Hérodotosz a neves görög történetíró is megemlíti, hogy a Kheopsz-piramist építô munkások azért bírták az embertelenül nagy igénybevételt, mert táplálékuk egyik legfontosabb összetevôje a fokhagyma volt. Mindez arra utal, hogy a fokhagyma az orvostudomány és a gasztronómia történetének is egyik fontos fejezetét alkotja, és bizonyítéka hogy egy fûszernövény milyen sokáig fennmaradhat. Ami a fokhagymát és a leheletet olyan kellemetlenül szagossá teszi, ugyanaz teszi olyan rendkívül egészségessé is. Csípôs, párolgó és kéntartalmú olajától sajátságos ismert íze és szaga van. A friss fokhagymának ez a kénes alapú anyaga az diallil-biszulfid, ami a fokhagyma alliin tartalmából alakul ki. Ugyanis a nyers hagyma egy alliin nevû CH2=CH-CH2-S(O)-CH2-CH(NH2)COOH anyagot tartalmaz, amely aniláz enzim hatására lebomlik, kezdetben allicinné
CH2=CH-CH2-S(O)-S-CH2-CH=CH2, majd pedig
diallil-biszulfiddá
(CH2=CH-CH2)2S
ez adja a foghagyma átható szagát és ízét, de a bomlás során egy részben a szagtalan vegyület is keletkezik ez az ajoen. A gyógyszert a foghagyma cikkei alkotják, ennek frissen kisajtolt leve a gyógyhatású. Egyesek szerint a fokhagyma mindenre jó, ami valószínûleg túlzás, de abban a tudósok is egyetértenek, hogy a diallil-biszulfid valóban segíthet a szívbetegségek megelôzésében. De a fokhagymakivonatok a magasvérnyomás-betegségben szenvedôk vérnyomását is csökkentik. A kutatások szerint ez az összetevô segít a koleszterinszint csökkentésében és megakadályozza, hogy a vér besûrûsödjön. A fokhagymának a vérlemezkék összetömörülését csökkentô fô hatóanyaga a metil-alliltriszulfid. Evégett 10 gramm és 1 kilogramm közti adagját ajánlják naponta.
218 A vérnyomáscsökkentést az adenozin nevû alkotórész biztosítja, amely ugyan mindenütt elôfordul az állat- és növényvilágban, ám a fokhagyma különösen nagy mennyiséget tartalmaz belôle. E tekintetben még egy még nem teljesen ismert szerkezetû peptid is szóba jön. Megfigyelték azt is, hogy a magas adenozin tartalomból kifolyólag vércukorcsökkenés is bekövetkezik. Ezen kívül fertôtlenítô és gombaölô hatást is tulajdonítanak a fokhagymának. A baktériumölô hatás a fokhagyma illóolajában lévô anyagokon, az úgynevezett fitoncidákon alapul. A fogalom növényi eredetû szerves vegyületet jelent, ami szinte antibiotikumként hat, hiszen baktérium és gombaölô. A fokhagyma fitoncidjai számottevô mértékben csökkentik az emberre káros mikroorganizmusok szaporodását akkor is, ha ezek a szokásos antibiotikumokkal szemben ellenállók. Az allilszármazékok is baktériumölô tulajdonságúak. Tehát az allicin e tulajdonság fô hordozója. Ez a tioszulfinát sejtpusztulás révén szabadul fel, vagyis darabolás után az addig elkülönítve lévô allináz enzim felszabadul. Az S-metil és az S-propil-ciszteinszulfoxid aminosav származékok is az allicinhoz hasonlóan hatnak. Ezen felül további másodlagos termékek is keletkeznek, amelyek szintén antibiotikus hatást mutatnak. Ha csak az allicint vizsgáljuk, egy 25 grammos fokhagyma hatása 7500 egység penicillin hatásának felel meg. Az eddigi vizsgálatok alapján nem határozható meg, hogy mennyi fokhagymát kell megenni ahhoz, hogy a gyomor-bél rendszerben, a vérben vagy a légutakban hatásos antibiotikumok koncentrációját érjük el. De azt tudjuk, hogy szájüreget egyetlen foghagyma cikk 5 percig tartó rágcsálása képes csíramentesíteni. A fokhagyma fogyasztását azért sem lehet korlátlanul növelni, mert a nyálkahártyát izgatja. A szokásos adagban egyébként azért hat jól, mert fokozza a nyál és a gyomornedvek elválasztását. Ideális hatását apróra vágott, zúzott vagy pépesített formában fejti ki. A sokáig tartó vagy nagy hôfokon történô fôzés során ezek az összetevôk veszítenek hatásukból. Régen vízbe fôzve gilisztahajtónak a testbe fecskendezték. A fokhagymával való gyakori táplálkozás a test kipárolgásán és a vizeleten is kellemetlenül és tartósan megérzik. De néhány jótanács a fokhagymaszag ellen: csökkenti a kellemetlen illatot, ha reggelente elrágunk egy-két szem borókabogyót vagy pörkölt kávét. Akiknek ez nem elég, jó ha tudja, hogy a gyógyszertárakban kapható a fokhagyma olajának korszerû, lágyzselatin kapszulába zárt formája, mellyel ezek a kellemetlenségek elkerülhetôk. Lehetséges, bár erre még semmiféle bizonyíték sincs, hogy a daganatok növekedését is meggátolja, az biztos, hogy az allicin sejtosztódás gátló, de minden sejt osztódását gátolja. De mivel az orvostudomány még napjainkban is tartogat meglepetéseket így elképzelhetô, hogy valamikor még a fokhagymával gyógyítják majd a rákot.
219 Pl: l983-ban Sydney Belman amerikai biokémikus laboratóriumi kísérletei során rájött, hogy az egerek bôrének fokhagymaolajos ecsetelésével meggátolható a daganatok kifejlôdése. Az azonban bizonyított hogy azokon a vidékeken, ahol bôségesen és rendszeresen fogyasztanak fokhagymát, a rákos megbetegedések ritkábban fordulnak elô. Minthogy alkil-ciszteinszulfidok elôsegítik a tiamin felszívódását, az emberi szervezet B1-vitaminnal való ellátása fokhagymás fûszerezéssel fokozható. A fokhagyma ezeken kívül sok nyomelemet (jódot, cinket, ként, foszfort, rezet, vasat, magnéziumot, szelént), valamint vitamint (A, B1, B2, B3, C, provitamint A és D vitamint) tartalmaz.
KAMILLA A másik növény amivel foglalkoztunk a kamilla, más néven orvosi székfû. latin nevén Matricaria chamomilla. A hatóanyagot a kamilla virágzata alkotja, amit szárítva használnak fel. Chamomillae flos (Flores chamomillae) Rendkívül széleskörben elterjedt a virágából készült tea, és az illóolaja is. A kamilla illóolajat (Aetheroleum chamomillae) a kamilla minél kevesebb szárrésszel gyûjtött ,,teljes virágzatából” petroléteres extrakcióval nyertük ki. Az extrakció során a hatóanyagban található proazulének kamazulénné változnak. A kamillaolaj ezen azulének miatt mélykék vagy sötétkék színû, kesernyés ízû, sûrû, aromás illatú olaj. Sötét helyen kell tárolni, mert a levegô és a fény hatására megzöldül, majd megbarnul, minôségét elveszíti. Az illóolaj hozama 0,4-1,5%. Az extrakciót Soxlet féle extraháló készülékkel végeztük. Az extrahálás eredménye egy kék színü olaj lett amit etanolban oldottunk majd desztvízzel higítottunk. Fô alkotórészei a kamilla olajnak az ?-bizabolol (15-40%), bizabolol- származékok, valamint a vízgôdesztilláció során a matricinbôl képzôdô kamazulén (3-5%) és spiroéterek. Az olajban a kamazulén (3-5%) mellett más anyagok is megtalálhatók, biszabolol-oxidok, alfa-biszabolol (15-40%) és szeszkviterpén típusú keserû anyagok pl: matricin és matrikarin. Továbbá sok flavonoidot (14 különbözô vegyületet= pl: api-
220 genin-7-glikozid, apigenin, luteolin, patuletin, kvercetin), két kumarinféleséget (umbelliferont és herniarint), nyálkaanyagot, kolint, fitoszterint, karotinoidokat, cukrokat, pektint, növényi zsírokat és gyantát is tartalmaz. Az illóolaj és az illóolajban gazdag szeszes-vizes kivonatok fôbb hatásai: antimikrobiális, gyulladáscsökkentô, sebgyógyulást elôsegítô és fekélyellenes, görcsoldó, emésztôrendszeri tonizáló és nyugtató. A virágzatból készített vizes és vizes-alkoholos kivonatok terápiás hatásáért elsôsorban a flavonoidvegyületek felelôsek; de kialakításukban illékony alkotórészek és a kumarinok is részt vesznek. A flavonoidkomponensek közül legfontosabb az apigenin-7-glikozid, mellette az apigenin s a luteolin emelhetô ki. Az apigenin pl. görcsoldó hatású. A kamilla orvosi használatáról készült teljes lista nagyon hosszú lenne. A következôk minden bizonnyal szerepelnének benne: álmatlanság, szorongás, klimaxos depresszió, étvágytalanság, emésztési zavarok, hasmenés, bélgörcs, influenzás fájdalmak, migrén, idegfájdalom, fogzás, szédülés, tengeri betegség, kötôhártya-gyulladás, bôrgyulladás, csalánkiütés, és még sok-sok más. Ez talán túl szépnek hangzik, de valójában a szervezetben kifejtett számtalan hatást tükrözi. A kamilla feltehetôen a nyugati társadalmakban leggyakrabban alkalmazott nyugtató hatású idegerôsítô. Ellazítja és erôsíti az idegrendszert. A kamilla biztonságosan használható a stresszel és szorongással összefüggô minden probléma kezelésére, egy csésze csodálatos kamillatea elfogyasztása este nyugodt álmot garantál számunkra. A fürdôvízbe kevert kamilla megnyugtatja a szorongó gyermeket vagy fogzó csecsemôt is. Görcsoldó gyógynövényként a felszíni idegeken és izmokon fejti ki hatását, ennek következtében közvetve az egész testet ellazítja. A test ellazulását pedig az agy és a szív ellazulása követi. Megelôzi vagy enyhítheti az izomgörcsöket, például a lábban vagy gyomorban. Illóolajként fürdôvízhez adva ellazítja a testet egy nehéz nap végén, miközben a gondterhelt szívet és agyat is megnyugtatja. A kamilla illóolajat és az illóolaj összetevôkben gazdag szeszes-vizes kivonatot a szájüreg és a felsô légutak megbetegedéseiben használható szájöblögetôkben, inhaláló- és légzéskönnyítô hatású készítményekben, valamint az orrüreg gyulladásainak kezelésére alkalmas kenôcsökben alkalmazzák. Az emésztôrendszer (elsôsorban a gyomor- és a nyombél) gyulladásos folyamatainak és fekélyeinek kezelésére kamilla illóolajat, ill. annak fôbb alkotórészeit tartalmazó készítményeket használnak. Az illóolaj nagyon fontos alkalmazási területe a különféle bôrproblémák kezelése. A kamilla illóolajat gyulladáscsökkentô és bôrápoló tulajdonságai miatt gyakran alkalmazzák a babaápoló készítményekben. A kamilla illóolaj erôs gyulladáscsökkentô hatóanyagainak (matricin, kamazulén) köszönhetôen az illóolaj és az illóolaj alkotóré-
221 szeket tartalmazó szeszes kivonatok jó eredménnyel alkalmazhatók az izom- és izületi gyulladások kezelésére. A kamilla illóolaja nem toxikus, nagyon enyhén irritáló, nem érzékenyítô. Alkalmazása biztonságos, de a növény szeszkviterpén-lakton vegyületeire érzékeny egyéneknél egyes esetekben allergiás reakciók (bôrgyulladások) fordulhatnak elô a kamilla illóolajat tartalmazó készítmények alkalmazásakor. A késôbbiekben szeretnénk még más növényeket is megvizsgálni, és a kamilla és a fokhagyma tulajdonságait is tovább vizsgálni, de sajnos a mai elôadásunk kereteibe csak ennyi fért bele. Köszönjük a felkészítést Göbl László tanár úrnak, és Stier Évának a közremûködést.
Felhasznált irodalom: Csûrös László: Gyógynövények mint természetes gyógyanyagok 2001 Biegelbauer Pál: Gyógyító illatok 1990 Roberta Wilson: Aromaterápia haladóknak 2000
222
223
TERMÉSZETES SZÍNEZÉKEK
A TERMÉSZET SÖTÉT OLDALA, AVAGY „VEGYI FEGYVERKEZÉS” EGY KICSIT MÁSKÉPPEN
Hosszú Nóra, Tóth Csenge, Lacza Nikoletta Vak Bottyán Gimnázium, Paks Felkészítõ tanár: Binder Klára, Bõsz Krisztina A paksi Vak Bottyán Gimnázium tanulói vagyunk. Elõadásunkat a természetes színezékekrõl tartjuk, melyben a következõ témákat tárgyaljuk. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
Színhústartalomnak megfelelõ és különbözõ adalékanyagoknak a hatása a húskészítmények színére és színstabilitására Amit az élelmiszerek adalékanyagairól tudni kell Természetes színezékek és illatmódosítók Álallergiák és hisztaminózisok Lakáskultúra – Festés növényekkel E-számok Környezetvédelem Színezékek Tartósítószerek Antioxidánsok Sûrítõ anyagok Emulgeálószerek Savanyúságot szabályozó anyagok Aromák és ízfokozók Édesítõszerek és cukorhelyettesítõk Enzimek
Muráth Gergô, Sárdi Tamás PTE Deák Ferenc Gyakorló Gimnázium és Általános Iskola, Pécs Felkészítô tanár: Jurisics Judit Évezredekkel ezelôtt már gyûjtögetô ôseink is felfigyeltek rá, hogy egyes növények elfogyasztása kellemes hangulatot, furcsa látomásokat idéz elô. Számos -a természettel nálunk sokkal nagyobb összhangban élô- közösség életében ma is számottevô gyógyító és vallási szerepet töltenek be a különbözô növényi fôzetek. Századunk biokémiájának fejlôdése tette lehetôvé, hogy mára számos növényi hatóanyag szerkezet - és néhány esetben a hatásmechanizmusa is - ismertté vált. Ennek eredményeként ma már a laboratóriumokban elôállított szintetikus anyagok is képesek a természetesekkel azonos, vagy azokhoz nagyon hasonló tüneteket kiváltani. Akkor kezdtünk el mélyebben foglalkozni a kábítószerek fajtáival, kémiai összetételével és hatásaival, amikor elhatároztuk, hogy jelentkezünk kortársoktatóknak. Mivel történelem tagozatos diákok vagyunk, így kutatásaink során különösen figyeltünk a kábítószerek érdekes történeti, történelmi vonatkozásaira. Megtudtuk pl., hogy Hitler rendszeresen metamfetamin injekciókat kapott, ami egyéb pszichológiai problémái mellett nagy mértékben hozzájárult józan ítélôképességének és egészségének aláásásához. Rádöbbentünk arra is, hogy a kábítószerek hatásmechanizmusának tanulmányozása során gyógyszereket sikerült kifejleszteni: novokaint, No-Spa-t, antimaláriás szert, köhögéscsillapítót, fájdalomcsillapítót stb.
ELÔADÁSUNK VÁZLATA: 1.) Ópiátok ópium heroin kodein-származékok morfium máktea methadon palfium diconal
224
225
2.) Cannabis származékok marihuána hasis hasis-olaj 3.) Hallucinogének LSD peyotl-kaktusz mágikus gombák PCP DOM DMT 4.) Kokain és Crack 5.) Amfetamin és Ecstasy
ÜVEGHÁZBAN ÉLÜNK? Kira Erika PTE Deák Ferenc Gyakorló Gimnázium és Általános Iskola, Pécs Felkészítô tanár: Dr. Halblender Anna Az utóbbi idôkben nagyon sokat hallhatunk az üvegházhatásról, ami összefügg a globális felmelegedéssel és a környezeti problémákkal. Mindenki tudja, hogy a globális felmelegedés az egész világot érintô környezetvédelmi kérdés. A tudósok és a politikusok szerint a Föld legnagyobb környezeti problémája az üvegházhatás erôsödése. Az ipari termelés robbanásszerû fejlôdésével kialakult óriási gyárak, üzemek kéményei, az autók kipufogócsövei annyi mérgezô anyagot juttatnak a levegôbe, hogy azok komolyan veszélyeztetik bolygónk természeti egyensúlyát. Nehéz dolguk van a tudósoknak, mert a légkör és az idôjárás változásai rendkívül bonyolult kölcsönhatásban állnak az óceánokkal és a sarkok jégsapkáival. A kutatók szerint, ha nem csökkentjük a levegô szennyezését, az üvegházhatás miatt ötven éven belül öt fokkal emelkedik az átlaghômérséklet. De az üvegházhatás normális mértékben az élet fennmaradásának elengedhetetlen feltétele. Ha nem lenne szén-dioxid a légkörben, akkor a földi hômérséklet a -15 celsius-fok körül lenne. Ezzel szemben, ha valamennyi az élet kialakulása óta termelt szén-dioxid a Föld légkörében lenne még, akkor olyan magas volna a hômérséklet, hogy a tengerek vize felforrna. Ezért szeretném ismertetni az üvegházhatást.
A téma idôszerû, mert szélsôségesek az idôjárási viszonyok, természeti katasztrófák következnek be és ezt az emberek összefüggésbe hozzák a levegô szennyezettségével, ezen belül az üvegházhatással. A poszteren szeretném bemutatni: (alcímek) Az üvegházhatás Az üvegház Az üvegházhatást kiváltó gázok A légkörben lévô üvegházhatású gázok Milyen veszélyeket jelent az üvegházhatást okozó gázok gyors ütemû növekedése Az üvegházgázok koncentrációja az ipari forradalom óta Az üvegházhatás és a globális felmelegedés A globális klímaváltozás és a mezôgazdaság Szuperüvegház Az üvegházhatás az égitesteken Az üvegházhatást szemléltetô kísérlet Az üvegházhatás elleni védekezés lehetôségei.
226
227
MUTATÓK
Bálint Gabriella .................... 53
DIÁKOK Batik Dávid .......................... 124
Laza György Károly .............101
Bicsak Zsuzsanna ................. 5
Majdán Miklós......................135
Boros Klára .......................... 216
Markovics Márk....................131
Borsos Lehel......................... 53
Mede Zsuzsa .........................177
Brauswetter Diána ................ 138
Moldovan Andrea .................157
Csankó Krisztián .................. 124
Muráth Gerő..........................223
Darvas Róbert....................... 88
Nagy Beáta............................166
Gyöngyösi Balázs................. 101
Nagy Botond .........................166
Hangyál Eszter ..................... 216
Nagy Márton Géza................199
Hosszú Nóra ......................... 222
Ördög Csilla..........................17
Incze Róbert ......................... 53
Portik Tünde .........................187
Józsa Szabolcs ...................... 64
Sárdi Tamás ..........................223
Kárpáti Csenge ..................... 137
Schaum Zsófia ......................25
Karsai Gergely...................... 99
Scheich Bálint .......................113, 205
Kedvek Veronika.................. 25
Simó Imre .............................17
Kern György......................... 199
Somogyi Márton ...................108
Kertész Melinda-Karola ....... 17
Szabó Előd Levente ..............116
Kira Erika ............................. 224
Szávuly Blanka .....................97
Kiss Bernadett ...................... 43
Szigeti László........................153
Kiss Bernadett ...................... 177
Szujó Szabina........................205
Kollár Dénes......................... 131
Tarjányi Zoltán .....................141
Kósa Zsófia .......................... 108
Tóth Csenge ..........................222
Kovács Adrienne .................. 181
Udvari Vivien .......................128
Kovács Zsuzsánna ................ 71
Várgedő Zsuzsanna...............137
Köllő Renáta......................... 5
Vass Csaba............................141
Kulcsár Péter István ............. 83
Vrászlai Dalma .....................128
Lacza Nikoletta .................... 222
Zábori Balázs ........................139
László Kinga ........................ 187
FELKÉSZÍTŐ TANÁROK
Binder Klára......................... 43, 177, 199, 222 Bodó Jánosné ....................... 99 Bősz Krisztina ...................... 43, 177, 199, 222 Dancsó Éva .......................... 138, 139 Dr. Halblender Anna ............ 108, 131, 224, Dr. Miklós Endréné.............. 153 Dr. Varga Márta ................... 101 Erdősi Györgyné .................. 141 Gaál Tiborné ........................ 83, 113, 205 Göbl László .......................... 124, 128, 216 Halmi László ........................ 64 Hártel Tibor.......................... 17 Hobinka Ildikó ..................... 137 Jurisics Judit......................... 135, 223 Kajcsa Julianna .................... 157 Kastal Hajnal........................ 88 Kiss Arnold .......................... 5, 166, 187 Kiss Lóránd .......................... 5, 166, 187 Kunsági-Máté Sándor .......... 116 Lapohos Anna-Mária ........... 88, 97 Mostbacher Éva.................... 116 Nagy Mária .......................... 83, 113, 205 Oláh Gábor Péter.................. 25 Sata Klára............................. 71, 181 Simó Edit.............................. 17 Szabó Sándor........................ 181
228 ISKOLÁK "Mircea Eliade" Nemzeti Kollégium ...................................17 Babits Mihály Gyakorló Gimnázium és Szakközépiskola...99 Bolyai Farkas Líceum ..........................................................157 Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnázium...............................116 Eötvös József Gimnázium....................................................138, 139 Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Gimnázium .................137 Kós Károly Építőipari Szakközépiskola ..............................88, 97 Leőwey Klára Gimnázium ...................................................83, 113, 205 Márton Áron Gimnázium .....................................................71, 181 Patrona Hungariae Gimnázium ............................................25 Pollack Mihály Műszaki Szakközépiskola...........................124, 128, 216 PTE Deák Ferenc Gyakorló Gimnázium és Ált. Iskola .......108, 131, 135, 223, 224 Sövér Elek Szakközépiskola ................................................5, 166, 187 Szinyei Merse Pál Gimnázium.............................................101, 141 Táncsics Mihály Gimnázium és Szakközépiskola ...............153 Vak Bottyán Gimnázium......................................................43, 177, 199, 222 Venczel József Iskolaközpont ..............................................53 Zrínyi Miklós Gimnázium....................................................64
