Химия ғылымдарының профессоры
КТЛ жүйесі · 45+ жыл тәжірибе · Халықаралық PISA&Олимпиада маманы
Алматы қаласындағы ауа сапасы: химиялық элементтер және денсаулыққа әсері
PISA форматындағы күрделі тапсырма — газ заңдары, концентрация есептеу, нақты деректер талдау
📐 Газ заңдары🧪 Концентрация🌍 Экология💊 Денсаулық🏆 25 баллКТЛ / PISA деңгейі
📖
Өмірлік контекст
Алматы қаласының ауа ластануы — нақты жағдай талдауы
Міндетті оқу
📊
Ғылыми деректер
Газ концентрациялары, реакциялар, газ заңдары
Кесте + формулалар
🟢
A деңгей
Білу және түсіну — 2 сұрақ
6 балл
🟡
B деңгей
Қолдану + есеп шығару — 4 сұрақ
11 балл
🔴
C деңгей
Талдау, бағалау, шешім — 3 сұрақ
8 балл
🏆
Бағалау кестесі
Дескрипторлар, деңгейлер, жалпы нәтиже
25 балл жалпы
📖 Өмірлік контекст
🏙️ Алматы — Орталық Азияның ірі мегаполисі
2024 жылдың қаңтар айы. Алматы қаласы — Қазақстанның ең тығыз қоныстанған мегаполисі, халқы 2 миллионнан асады. Қала таулы алқапта орналасқандықтан, атмосфераның табиғи айналымы шектелген. Температуралық инверсия құбылысы кезінде — суық ауа жер бетінде, жылы ауа жоғарыда орналасқанда — зиянды газдар жоғарыға шыға алмай, адамдардың тыныс алу аймағында жиналады.
Алматыдағы негізгі ластану көздері: 1 200 000-нан астам автокөлік (олардың 60%-ы ескі, Еуро-2 стандартынан төмен), ТЭЦ-2 және ТЭЦ-3 жылу электр орталықтары, бекет маңындағы кеме каналдары, алма-ата базарлары маңындағы автобус парктері. Күн сайын қалаға 500 000-нан астам автомобиль кіреді.
2024 жылғы қаңтар айының бір күнінде экологтар Алматының орталық бөлігінде — Абай даңғылы мен Сайран ауданында атмосфера сынамаларын алды. Нәтижелер мамандарды дабылдатты: бірнеше газдың концентрациясы ДСҰ (Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы) нормасынан 3–8 есе асып кетті.
⚠️
Жасырын проблема: Тек CO₂ немесе шаң ғана емес — NO₂ мен CO концентрациялары қатысты ең қауіпті деңгейге жетті. Бұл жағдайдың химиялық себептері мен салдарын осы тапсырмада анықтайсыз.
📊 Ғылыми деректер мен кесте
📋 Кесте 1. Алматы ауасының газдық құрамы (2024, қаңтар)
CO + Hb(O₂) → COHb + O₂
Карбоксигемоглобин (COHb) — O₂ тасымалдауды 200× тиімді бөгейді
📐 Газ заңдары — анықтамалық
Идеал газ теңдеуі
PV = nRT
R = 8.314 Дж/(моль·К)
Авогадро заңы (қ.ж.)
V(1 моль) = 22.4 л
T = 273 К, P = 101.325 кПа
Концентрация
C = m / V
мг/м³ = мг / м³
Молярлық концентрация
Cₘ = n / V
моль/л; n = m/M
🟢 A деңгей — Білу және түсіну
6 балл
A1
Көп таңдаулы · 3 балл
Кестеге сәйкес, қандай газ(дар) ДСҰ нормасынан ең көп асып кетті? Барлық дұрыс жауаптарды белгілеңіз.
📊 Деректерді оқу🔍 Анықтау
✓
Дұрыс жауап: B және C NO₂: 0.24/0.04 = 6 есе; CO: 12.5/3.0 = 4.17 есе. Бұл екі газ да нормадан критикалық деңгейде асып кетті.
🔬 Ғылыми түсіндірме: NO₂ — автокөлік қозғалтқышындағы жоғары температура реакциясының өнімі (N₂ + 2O₂ → 2NO₂). CO — толық жанбаудың нәтижесі (2C + O₂ → 2CO). Екеуі де жылы мезгілде азаяды, қыста инверсия кезінде жиналады.
Бағалау дескрипторлары
B немесе C дұрыс белгіленді1 балл
Екеуі де дұрыс, қате жауап жоқ+2 балл
Жалпы максимум3 балл
A2
Ашық сұрақ · 3 балл
CO молекуласы гемоглобинмен (Hb) қалай әрекеттеседі? Неге CO улы деп саналады? Ғылыми түсіндірме беріңіз.
🔬 Ғылыми түсіндіру🔗 Себеп-салдар
1
Қан құрамындағы гемоглобин (Hb) O₂-ні тасымалдайтын белок. Ол O₂-мен уақытша байланыс түзеді: Hb + O₂ → HbO₂
2
CO гемоглобинге O₂-ден 200–250 есе күштірек байланысады: CO + HbO₂ → COHb + O₂ — карбоксигемоглобин (COHb) түзіледі.
3
COHb O₂ тасымалдай алмайды → тіндер оттегін ала алмайды → жасушалар тыныс алуы тоқтайды → уланым, ес-есі жоғалу, өлім.
✅ Үлгі жауап: CO — O₂-ден 200 есе күшті байланысу арқылы гемоглобинді блокадалайды, тіндер гипоксиясын тудырады.
Бағалау дескрипторлары
CO + Hb реакциясы аталды1 балл
COHb және O₂ блокады түсіндірілді1 балл
Денсаулыққа нақты әсері жазылды1 балл
🟡 B деңгей — Қолдану және есеп
11 балл
B1
Есептік · 3 балл
Алматы орталығында 1000 м³ ауа үлгісі алынды. NO₂ концентрациясы 0.24 мг/м³. Осы ауадағы NO₂-нің жалпы массасын (мг) және зат мөлшерін (моль) анықтаңыз. (M(NO₂) = 46 г/моль)
🧮 Математикалық есеп📐 Концентрация
NO₂ массасы (мг):
→
Зат мөлшері (моль):
1
Берілген: C = 0.24 мг/м³, V = 1000 м³ Іздейміз: m(NO₂), n(NO₂)
2
Масса формуласы: m = C × V = 0.24 мг/м³ × 1000 м³ = 240 мг
3
Граммға айналдыру: 240 мг = 0.240 г
4
Зат мөлшері: n = m/M = 0.240 г / 46 г/моль = 0.00522 моль ≈ 5.22 × 10⁻³ моль
✅ m(NO₂) = 240 мг; n(NO₂) = 5.22 × 10⁻³ моль
💡 Бұл 1000 м³ ауада — бір сыныпбөлме көлемінде — 5.22 ммоль NO₂ бар деген сөз. ДСҰ нормасы бойынша тек 0.04 × 1000/46 000 = 0.87 ммоль болуы керек еді.
Бағалау
m = C×V дұрыс қолданылды1 балл
n = m/M дұрыс есептелді1 балл
Бірліктер дұрыс, нәтиже дұрыс1 балл
B2
Газ заңы есебі · 3 балл
Алматыда қысымы P = 90 кПа (тауды орналасу себепті), T = 258 К (−15°C, қыс). 5.22 × 10⁻³ моль NO₂ идеал газ ретінде қандай көлем алатынын (м³) есептеңіз. R = 8.314 Дж/(моль·К). Нәтижені литрге айналдырыңыз.
📐 PV=nRT🧮 Газ заңдары
Көлем (м³):
Литрмен (л):
1
PV = nRT теңдеуін V үшін шешеміз: V = nRT / P
2
Мәндерді қоямыз: n = 5.22×10⁻³ моль; R = 8.314 Дж/(моль·К); T = 258 К; P = 90000 Па V = (5.22×10⁻³ × 8.314 × 258) / 90000
✅ n(H₂SO₃) = 6.25×10⁻⁴ моль ≈ 0.0512 г күкірт қышқылы
Бағалау
m(SO₂) дұрыс1 балл
n(H₂SO₃) дұрыс нәтиже1 балл
🔴 C деңгей — Талдау, бағалау, шешім
8 балл
C1
Себеп-салдар талдауы · 2 балл
Неліктен Алматыда NO₂ концентрациясы жазда аз, ал қыста — инверсия кезінде — 6 есеге дейін артады? Химиялық және физикалық себептерді талдаңыз.
🧠 Сыни ойлау🔬 Себеп-салдар🌡️ Физикалық процестер
1
Физикалық себеп — Температуралық инверсия: Қыста суық ауа жер бетіне «шөгеді», жылы ауа жоғарыда қабат түзеді. Газдар жоғарыға шыға алмай, тыныс алу аймағында жиналады.
2
Химиялық себеп: NO₂ түзілу реакциясы N₂ + 2O₂ → 2NO₂ тіпті қыста да жүреді (қозғалтқыш камерасындағы T > 1500°С). Жазда ультрафиолет NO₂-ні ыдыратады: NO₂ + hν → NO + O·
3
Метеорологиялық себеп: Жазда жел мен конвекция газдарды сейілтеді. Таулы алқапта қыста жел болмайды — диффузия тым баяу.
✅ Инверсия + ультрафиолет жоқ + жел жоқ = газдардың жиналуы
Бағалау
Инверсия механизмі түсіндірілді1 балл
Химиялық себеп (ФУ немесе реакция)1 балл
C2
Бағалау сұрағы · 3 балл
Мэрия ауаны тазарту үшін 3 шара ұсынды: (A) барлық дизель автокөліктерге тыйым салу, (B) ТЭЦ-2 мен ТЭЦ-3-ті жаңарту, (C) қала ішінде ауқымды ағаш егу. Осы шаралардың химиялық тиімділігін бағалаңыз және қайсысы NO₂ мен CO концентрациясын тезірек азайтады деп есептейсіз? Деректермен негіздеңіз.
💡 Шешім қабылдау📊 Деректер🏛️ Саясат
A
Дизель тыйымы — ЖОҒАРЫ тиімділік (NO₂ үшін): NO₂-нің 60–70%-ы автокөліктен шығады. Дизель қозғалтқыштары N₂ + 2O₂ → 2NO₂ реакциясын жоғары температурада белсенді жүргізеді. Тыйым → тікелей, жылдам нәтиже.
B
ТЭЦ жаңарту — ОРТА тиімділік (SO₂, CO үшін): ТЭЦ негізінен SO₂ шығарады, NO₂-ге үлесі аздеу. Бірақ жаңа буын ТЭЦ-лер CO₂ + CO шығарымын 40%-ға азайтуы мүмкін.
C
Ағаш егу — БАЯУ, ұзақмерзімді: Өсімдіктер CO₂-ні сіңіреді, O₂ бөледі, бірақ NO₂ мен CO-ны тікелей ыдыратпайды. 20–30 жыл кейін ғана айтарлықтай нәтиже.
✅ Тезірек нәтиже: Шара A (дизель тыйымы). Ұзақмерзімді: A+B+C бірге.
Бағалау
Үш шара химиялық тұрғыдан талданды1 балл
NO₂/CO дерегімен байланыстырды1 балл
Нақты, дәлелді ұсыныс жасады1 балл
C3
Ғылыми-шығармашылық · 3 балл
Алматыда ауа сапасын мониторлайтын жаңа өлшеу стансасы орнатылды. Сіз химик ретінде: NO₂ концентрациясын мг/м³-тен мкмоль/м³-ке айналдырыңыз (0.24 мг/м³), және денсаулық мамандарына осы деңгей туралы ескерту хатын жазыңыз (ғылыми тіл, нақты деректер).
🧮 Бірліктер айналдыру✍️ Ғылыми жазу💊 Денсаулық
1
мг → г: 0.24 мг/м³ = 2.4×10⁻⁴ г/м³ n = m/M = 2.4×10⁻⁴ г / 46 г·моль⁻¹ = 5.217×10⁻⁶ моль/м³
Үлгі ескерту хаты: «Алматы орталығындағы NO₂ концентрациясы 5.22 мкмоль/м³-ке жетіп, ДСҰ нормасынан (0.87 мкмоль/м³) 6 есе асып кетті. Ұзақ уақыт осы ауада болу өкпе тінінің тітіркенуіне, созылмалы бронхитке, ал балалар мен астма науқастарында — жедел шабуылға алып келуі мүмкін. Ашық ауада жаттығу тоқтатылуы, N95 маска тағылуы ұсынылады.»
✅ 0.24 мг/м³ = 5.22 мкмоль/м³ (нормадан 6 есе жоғары)