Устройство и принцип работы электронной сигареты
Вред электронных сигарет для организма человека
Автор: Хлебников Алексей, ученик 11 «Б» класса
Руководитель: Калинина Ольга Николаевна, учитель химии
Москва
Содержаниестр.
Цель, задачи, гипотеза -3-
Введение -4-5-
1. Акролеин -6-
2. Состав жидкости -7-
3.Устройство и принцип работы электронной сигареты -8-
4. Температурный контроль -9-10-
5. Экспериментальная часть -11-14-
Заключение -15-
Использованные источники информации -16-
Цель исследования:
Изучить химические свойства выделяемых веществ из жидкости для электронных сигарет и доказать их вред для организма человека.
Задачи:
1. Изучить строение и химические свойства выделяемых веществ
2. Теоретическое обоснование
3. Проведение экспериментальной части
4. Выводы на основе полученных результатов
Гипотеза:
Проверить наличие акролеина в парах жидкости для электронной сигареты.
Введение
Электронные сигареты пользуются большим спросом в современном мире. Секретом такой популярности является вера людей в то, что такой вид курения безопасен для организма человека. Но так ли это на самом деле? Этот вопрос и лёг в основу работы. В 2003 году в Гонконге, была создана первая электронная сигарета. Создателем е-сигарет считается Хон Лик. На тот момент он был простым штатным сотрудником крупной фармацевтической компании «Golden Drahon Holding». Отец Хона был злостным курильщиком, от чего в итоге и умер. Преодолев ужасное и мучительное время болезни и ухода из жизни отца, Хон поставил цель: изобрести устройство, которое сможет частично или полностью оградить курильщика от пагубного влияния сигаретного дыма, в идеале такое устройство смогло бы помочь избавиться от табакокурения, так же его преследовала идея позволить курильщикам, курить в местах где курение запрещено, при этом не нарушая закон и не тревожа окружающих людей «зловонием». С момента своего основания электронные сигареты смогли прочно укрепиться на всех рынках сбыта, а люди, веря рекламе, обогащают владельцев компаний, занимающихся выпуском данной продукции (пример такой рекламы изображён на рисунке).
Однако Американские ученые из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли в ходе исследования установили, что в паре электронных сигарет содержатся вредные вещества, которые могут вызывать рак. Хьюго Дестайлац, исследователь и соавтор резонансного открытия, отмечает:
«Защитники электронных сигарет говорят, что количество вредных химических соединений в них гораздо меньше, чем в обычной сигарете, поэтому лучше перейти на е-сигареты. Может, это и справедливо для заядлых курильщиков, которые никак не могут бросить, но вовсе не значит, что электронные сигареты — это здорово. Обычные сигареты очень опасны. Электронные сигареты просто опасны».
Акролеин
Акролеин(СН2=СН-СНО) - это простейший непредельный альдегид. В годы Первой Мировой войны применялся в качестве боевого газа. В мирной жизни его можно встретить во время пригорания жира, что сопровождается выделением резкого запаха. Из-за своего строения акролеин обладает как свойствами альдегидов, так непредельных углеводородов (алкенов): он легко вступает в реакции конденсации по карбонильной группе, а также легко полимеризуется по двойной связи. На первом свойстве основано получение лекарственных препаратов, а на втором- получение сополимеров акролеина с другими мономерами.
1) СН2=СН-СНО + СН2=СН-СНО СН2=СН-С(ОН)-СН2=СН-СНО
2)nСН2=СН-СНО
Данное вещество относится к 1-му классу опасности (чрезвычайно опасен), находясь в одном ряду с ртутью, фтороводородом и оксидом свинца. Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/куб. м – менее 0,1; Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг – менее 15; Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг – менее 100; Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/куб. м – менее 500. Акролеин можно получить при нагревании глицерина, который входит в состав жидкости для электронной сигареты.
СН2=СН-СН3 + О2 СН2=СН-СНО + Н2О
HOCH2-CH(OH)-CH2OH 2Н2О+ СН2=СН-СНО
Cостав жидкости
Кроме уже обозначенного глицерина к основным элементам относятся следующие вещества:
· жидкий никотин;
· пропиленгликоль (PG);
· вода;
· ароматизаторы.
Концентрация веществ может значительно различаться в зависимости от типа электронных сигарет.
Существует три основных вида жидкости для е-изделий - традиционная, мягкая и крепкая. Наиболее популярен среди курящих первый тип. Традиционные жидкости имеют в своем составе все основные компоненты. Однако, в зависимости от марки, крепости и других характеристик самой электронной сигареты, процентное соотношение веществ может значительно различаться.
Жидкость для электронных сигарет на основе глицерина называется мягкой. Другое ее наименование – «бархатное облако». В составе такой жидкости находится около 80% глицерина. Остальные компоненты – никотин, ароматизатор, вода – содержатся в тех же объемах, что и в традиционной.
Концентрация пропиленгликоля в ней может быть очень большой (от 65% до 95%). Остальные доли в составе отводятся никотину (0-3,6%), ароматизаторам (2-4%) и воде.
Устройство и принцип работы электронной сигареты
Любая электронная сигарета является мини-ингалятором, составными частями которого являются:
- аккумулятор или батарейки, который подает электроэнергию;
- звуковой клиромайзер-испаритель, нагревающего жидкость;
- имитатор горения, который находится на кончике самой сигареты;
- воздушно-сенсорный датчик давления воздуха;
- микропроцессора
- картридж с жидкостью
Когда курильщик делает затяжку, происходит запуск микропроцессора, который, в свою очередь, активизирует нагревательный элемент сигареты. В результате этого происходит испарение жидкости. Далее из сигареты начинает выделяться пар, который является имитацией сигаретного дыма. Он и поступает в легкие курильщика. Стоит отметить, что принцип работы платы в электронных сигаретах разных моделей абсолютно одинаковый, так как данный элемент служит для подачи тока для активизации испарителя.
Некоторые модели электронных сигарет практически идентичны по своему внешнему виду настоящим, некоторые из них имеют на конце специальный датчик, имитирующий тление.
Температурный контроль
В основе парения лежит испарение жидкости, которое не было бы возможно без нагревания спирали. Температура нагревания не превышает 290 °C. Этого вполне достаточно для того, чтобы глицерин начал превращаться в акролеин, ведь при снижении концентрации спирта уменьшается необходимая для реакции температура.
| Название | Сопротивление | Мощность | Температура |
| CL-Ni | 0.2 Ом | 60 W | 260-290 °С |
| CL-Ti | 0.4 Ом | 60 W | 230-260 °C |
| CLC | 0.5 Ом | 12-25 W | 210-220 °C |
| BF SS316 | 0.5 Ом | 15-30 W | 210-220 °C |
| BF SS316 | 0.6 Ом | 15-28 W | 210-220 °C |
| BF SS316 | 1 Ом | 10-25 W | 210-220 °C |
| BF-Ni | 0.2 Ом | 50-60 W* | 260-290 °C |
| BF-Ti | 0.4 Ом | 50-60 W* | 230-260 °C |
| QCS | 0.25 Ом | 30-55 W | 210-220 °C |
| GS Air TC | 0.15 Ом | 30-40 W | 220-230 °C |
| EC-Ni | 0.15 Ом | 60 W | 250-260 °C |
| EC-Ti | 0.5 Ом | 60 W | 240-250 °C |
| ECL | 0.18 Ом | 50-80 W | 210-220 °C |
| ECL | 0.3 Ом | 60-80 W | 210-220 °C |
| EC-NC | 0.25 Ом | 30-60 W | 210-220 °C |
| EC Ceramic | 0.5 Ом | 30-60 W | 210-220 °C |
| Amor Plus Ni | 0.15 Ом | 75 W | 250-260 °C |
| Amor Plus Ti | 0.5 Ом | 75 W | 240-250 °C |
На рисунке видно, необходимая температура при 80 % концентрации
глицерина снижается до 120 °C. Но стоит отметить, что производители электронных сигарет стали добавлять в устройства систему термоконтроля, позволяющую владельцу самостоятельно выбрать необходимую температуру. Однако такие сигареты имеют высокую цену, которая не позволяет им полностью вытеснить своих предшественников.
Экспериментальная часть
Для подтверждения гипотезы была выбрана методика получения акролеина, описанная в книге В. В. Некрасова «Руководство к малому практикуму по органической химии». - 1975. В ходе экспериментальной части были проведены опыты (обесцвечивание водного раствора перманганата калия и реакция «серебряного зеркала») с глицерином и жидкостью для электронных сигарет для последующего сравнения и анализа последующих результатов.
К 16 каплям глицерина/жидкости для электронной сигареты в сухой пробирке добавили 1 грамм гидросульфата натрия; встряхнув смесь, нагрели под тягой. В результате отнятия воды от молекул глицерина одновременно образуется ряд веществ; одним из них является акролеин.
Применение сернокислых солей облегчает получение акролеина, при этом образуются глицериносерные кислоты или соли глицериносерных кислот.
HOCH2-CH(OH)-CH2OH + 2NaHSO4 NaOO2SOCH2-CH(OSO2ONa)-CH2OH + Н2О
Для проверки выделяемого вещества на непредельность провели обесцвечивание водного раствора перманганата калия. Для этого акролеин получают описанным выше опытом, когда из пробирки начнут выделяться пары с резким запахом, её закрывают пробкой с изогнутой газоотводной трубкой. Конец трубки опустили в пробирку с водным раствором перманганата калия.
3СН2=СН-СНО + 2KMnO4 + 4Н2О 3HOCH2-CH(OH)-COH + 2MnO2+ + 2KOH
Для обнаружения альдегидной группы акролеин получают способом, описанным в первом опыте. Когда из пробирки стали появляться пары с резким запахом, конец газоотводной трубки помещают в пробирку с ледяной водой. Для качественного обнаружения альдегида акролеин подвергли окислению аммиачным раствором оксида серебра при нагревании на водяной бане. На стенках пробирки выделилось восстановленное серебро.
В опытах с глицерином и жидкостью для электронной сигареты были получены одинаковые результаты, что свидетельствует о выделении акролеина как при нагревании глицерина, так и при нагревании жидкости.
СН2=СН-СНО + 2[Ag(NH3)2]OH СН2=СН-СOONH4 + 2Ag + 3NH3 + +Н2О
Для подтверждения вреда от «пассивного» курения выдыхаемые пары, как и в первом опыте, пропустили через водный раствор перманганата калия. Через несколько минут раствор посветлел.
Заключение
Исходя из вышесказанного и полученных результатов, можно сделать вывод, что электронные сигареты всё-таки вредны для здоровья человека, несмотря на отсутствие большинства вредных веществ, выделяемых при курении обычной сигареты, так как при нагревании жидкости для электронной выделяется акролеин, имеющий 1-ую степень опасности и являющийся веществом, способным вызвать рак.
Несмотря на заявления рекламщиков о безвредности пара для окружающих, «пассивное» курение представляет опасность для людей, находящихся рядом с источником пара.