--PAGE_BREAK--Присутствие в воде растворенного железа и марганца. Такая вода первоначально прозрачна, но при отстаивании или нагреве приобретает желтовато-бурую окраску, что является причиной ржавых подтеков на сантехнике. При повышенном содержании железа вода также приобретает характерный «железистый» привкус.
Жесткость, которая определяется количеством растворенных в воде солей кальция и магния. При их высоком содержании возможны выпадение осадка и появление белесых разводов на поверхности ванны, мойки и т.д. Соли кальция и магния, называемые также солями жесткости, являются причиной возникновения всем хорошо известной накипи.
Сравнительно безобидная в чайнике, накипь, откладываясь на стенках водонагревательных устройств (бойлеров, колонок и т.п.), а также на стенках труб в линии горячей воды, нарушает процесс теплообмена. Это приводит к перегреву нагревательных элементов, перерасходу электроэнергии и газа. Отложение накипи является причиной до 90 % аварий водонагревателей.
Наличие в воде неприятного привкуса, запаха и цветности. На эти три параметра, которые принято называть органолептическими показателями, могут оказывать влияние находящиеся в воде органические вещества, остаточный хлор, сероводород.
Бактериологическая загрязненность. Вызвана наличием в воде различных микробов или бактерий. Некоторые из них могут представлять непосредственную угрозу здоровью и жизни человека, но даже сравнительно безопасные бактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют органические вещества, которые не только влияют на органолептические показатели воды, но и, вступая в химические реакции (например, с хлором), способны создавать ядовитые и канцерогенные соединения.
Естественно, что приведенный выше список не исчерпывает всего многообразия проблем, возникающих с водой, однако знакомит нас с основными из них.
2.6 Особая тема: пресная вода и ее дефицит
Проблемы, связанные с водой как важнейшим природным ресурсом, обусловлены не только неравномерным характером распределения речного стока по отдельным регионам и странам, но и ростом населения Земли и, следовательно, ростом потребления пресной воды населением, промышленностью, сельским хозяйством и сопровождающим его антропогенным и техногенным загрязнением всех компонентов гидросферы [5, 9-11]. Это привело к серьезной мировой экологической проблеме – дефициту чистой пресной воды.
2.6.1 Общие объемы водопотребления
Объем мирового потребления пресной воды за последнее столетие увеличился на порядок, причем наибольший рост приходится на последнюю четверть столетия. В настоящее время ежегодное мировое потребление пресной воды составляет 5-6 тыс. км3, или более 10 % ресурсов пресной воды на Земле. В Российской Федерации в последние пять лет годовое потребление составляет 90-100 км3, или порядка 2 % мирового водопотребления. Напряженность с пресной водой возникает, прежде всего, в тех регионах и странах, где скорость потребления пресной воды выше скорости возобновления ее запасов. В ряде регионов России забор воды из водоисточников в средний по водности год достигает 50 % от ресурсов пресной воды данного региона и даже больше. Обобщенная структура водопотребления в России такова: промышленность – 54 %; сельское хозяйство – 23 %; коммунально-бытовое хозяйство – 23 %.
Пресную воду используют на промышленных предприятиях, много ее потребляет сельскохозяйственное производство, вода питьевого качества расходуется на коммунально-бытовые нужды населения. Потребление пресной воды в мире и в России показано на диаграмме (рис. 2).
SHAPE \* MERGEFORMAT
2.6.2 Водопотребление промышленными предприятиями
Расход воды на нужды промышленного производства очень велик. Вода – компонент большинства промышленных технологий и энергетических установок. Например, для выплавки 1 т чугуна, переработки его в сталь и прокат потребляется до 300 м3 воды, а для получения цветных металлов – еще больше (например, для получения 1 т меди – 500 м3, 1 т никеля – почти 4000 м3 чистой пресной воды).
Высока водоемкость отраслей химической промышленности, производящих каучук, капрон и другие синтетические материалы.
Добыча нефти и подавляющее большинство нефтехимических процессов ее переработки связаны с использованием больших объемов воды. Известно, что всего 30 % нефти поступает в скважины самотеком, дальнейшая добыча возможна лишь при закачивании в соседнюю скважину пара или воды. Объем воды, используемой при российской технологии нефтедобычи, очень велик: более 1000 млн. м3 в год. Одновременно происходит значительное загрязнение поверхностных водоемов из-за сброса предприятиями нефтедобычи сточных вод, более половины которых не очищены. На нефтеперерабатывающих заводах, работающих по старой технологии, расходуется до 10-15 м3 воды на 1 т перерабатываемой нефти. По мере совершенствования технологических процессов этот расход воды сокращается: на заводах, построенных в 60-е гг., он достигает 1 м3/т, а на современных предприятиях – 0,5-0,8 м3/т.
Очень водоемки технологические процессы в угольной промышленности – гидродобыча угля в гидрошахтах и гидромеханизированные вскрышки на разрезах, а также мокрое обогащение угля на обогатительных фабриках. Средний объем водопотребления объектами угольной промышленности в России составляет более 3000 млн. м3 в год, при этом предприятия отрасли сбрасывают в поверхностные водоемы загрязненную воду (81 % всех промышленных сточных вод, требующих очистки) с большим содержанием вредных, в том числе и канцерогенных, веществ и элементов. Отметим, что сброс в поверхностные водоемы шахтных вод, которые также загрязнены, вообще не предусматривает их очистки.
Велик расход воды непосредственно на электроэнергетических установках – ТЭС и АЭС: в среднем для получения 1 кВт × ч электроэнергии требуется до 200 м3 воды. Объемы используемой воды можно рассчитать, зная цифровое значение вырабатываемой в стране электроэнергии (например, ежегодная выработка электроэнергии в России составляет около 1000 мдрд кВт×ч). В целом расход воды при работе тепловых и атомных электростанций соответствует стокам крупных рек.
2.6.3 Водопотребление в сельском хозяйстве
Крупный потребитель пресной воды – сельское хозяйство. Орошение – одно из средств увеличения объема сельскохозяйственной продукции, поскольку для выращивания зеленой массы, цветения и плодоношения растениям требуется очень много воды. Так, для получения 1 кг зеленой массы растение расходует на транспирацию от 200 до 1000 м3 воды. Для орошения 1 га зерновых полей в среднем необходимо около 1000 м3воды, 1 га рисовых полей – от 8000 до 12000 м3воды. В связи с ростом населения в тех регионах, в которых рис – основная сельскохозяйственная культура, там расширяются площади орошаемых земель. В настоящее время во всем мире орошается почти 300 млн. га земли и 60 % мирового водозабора затрачивается на орошение.
Еще одна из причин сокращения запасов пресной воды – уменьшение водоносности рек, связанное с вырубкой лесов и осушением болот.
Строительство плотин на равнинных реках и водохранилищ при ГЭС приводит к итоге не к пополнению запасов воды, а к их уменьшению. Вода водохранилищ заболачивается, прилегающие к ним земли засоляются, снижается их плодородность, и как следствие возрастают расходы воды на производство сельскохозяйственной продукции и затраты на восстановление почвы.
2.6.4 Водопотребление в жилищно-коммунальном хозяйстве
Как следует из диаграммы (рис. 3), расходы на хозяйственно-питьевое снабжение населения России почти в 3 раза превышают соответствующий мировой показатель. Установленная ВОЗ норма расхода воды на одного городского жителя составляет 200 л/сут. Расход воды на одного жителя в Лондоне равен 170 л/сут, в Париже – 160 л/сут.
По данным Госкомстата России, при среднем уровне удельного водопотребления (на одного человека) в Российской Федерации на хозяйственно-питьевые и коммунально-бытовые нужды, равном 272 л/сут, в Москве этот показатель составляет 539 л/сут, в Челябинской области – 369 л/сут, Магаданской – 359 л/сут, Камчатской – 353 л/сут.
2.6.5 Техногенное загрязнение поверхностных вод
Одна из главных причин дефицита пресной воды на Земле – ее загрязнение. Аномальные свойства воды определяют потенциальную возможность накопления в ней самых разнообразных загрязняющих веществ, в том числе патогенных микроорганизмов.
Рассмотрим ситуацию с загрязнением поверхностных водоемов суши в России. Экологический мониторинг состояния окружающей природной среды в Российской Федерации отмечает, что качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям; объемы нормативно очищенных сточных вод, поступающих в поверхностные водоемы, не превышают 10 % от общего объема сточных вод в эти природные объекты.
По отдельным речным объектам ситуация критическая. Около 1/3 населения России использует для питья воду из естественных источников (главным образом из рек) без прохождения ее через очистные сооружения. О качестве такой воды можно судить по ситуации со сбросом загрязненных вод в бассейны Кубань, Енисей, Волга (рис. 3).
Кубань: ежегодный забор воды из реки на все нужды составляет 1,8 км3, или 74 % от среднемноголетнего годового стока, при этом 100 % сброса сточных вод в реку загрязненные.
Енисей: среднегодовой объем сброшенных вод составляет 3,9 км3, из этого объема требуют очистки 2,34 км3, а объем неочищенных и недостаточно очищенных сброшенных вод составляет 2,329 км3, т.е. очищены до нормативных показателей менее 0,5 %.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Рис. 3. Сброс загрязненных вод в бассейны рек России, км3 [9, 10]
Волга: среднегодовой забор свежей воды составляет 41 % от водозабора в России, или 14 % от годового речного стока бассейна реки. Объем сброшенных вод после промышленного, сельскохозяйственного и бытового использования – 22 км3, почти половина его (10,6 км3) – загрязненные воды, не отвечающие требованиям по санитарно-химическим и бактериологическим показателям, содержащие вредные вещества (фенолы, нефтепродукты, канцерогенные тяжелые металлы, пестициды и др.). Объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в бассейн Волги, составляет в последнее время более 30 % от общего объема сточных вод, образующихся на территории России. Бассейн Волги – источник питьевого водоснабжения плотно населенного региона европейской части России, но эффективность очистных сооружений здесь крайне низкая. Забор воды в деревнях и поселках идет непосредственно из реки, минуя всякие очистные сооружения. Каскад водохранилищ вдоль реки резко замедлил скорость течения воды, снизил ее способность к самоочищению. Уровень загрязнения воды волжских водохранилищ в течение ряда лет остается достаточно высоким, качество воды оценивается от «загрязненной» до «чрезвычайно загрязненной» (термины экологической экспертизы).
В целом по России из всего объема сточных вод, поступающих через коммунальные сети в поверхностные водные объекты, более 90 % сбрасываются загрязненными из-за крайне неудовлетворительного технического состояния действующих систем водоснабжения и канализации: 60 % очистных сооружений перегружены, 40 % сооружений эксплуатируются более 25 лет и требуют срочной реконструкции.
продолжение
--PAGE_BREAK--
продолжение
--PAGE_BREAK--· Приходил – стучал по крыше, уходил, никто не слышал. (Дождь.)
Рассказывая о нахождении воды в природе, использую глобус и отмечаю, что большая его площадь имеет голубой цвет, обозначающий реки и озера, моря и океаны. Привожу статистические данные о распространении воды в природе, демонстрируя слайды.
Формулирую вывод: Вода является самым распространенным веществом на Земле.
Рассказываю о синтезе воды, дополняя стихами. Демонстрирую схему «Состав молекул воды». Рассказываю о физических свойствах воды. ( высокие теплоемкость, поверхностное натяжение, теплота плавления), организую беседу по следующим вопросам: «Говорят, что вода – оборотень. Почему ее так называют?». Демонстрирую схему «Агрегатные состояния воды», объясняю почему вода на нашей планете находится в трех агрегатных состояниях. Показываю схему состава гидросферы. Рассказываю о химических свойствах воды. Сообщаю о роли воды в процессе фотосинтеза. Демонстрирую таблицу, в которой указано, что кровь человека состоит из воды на 90 %, мышцы – на 75 %, кости – на 28 %, стекловидное тело глаза – на 99 %. Подчеркиваю, что вода – обязательный компонент каждой клетки. Ни одно живое существо не может обойтись без воды. Обезвоживание организма на 12-15 % приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25 % воды – к гибели организма.
Сообщаю, что в организмах идет постоянное обновление воды. У кактуса вода полностью обновляется в течение 28 лет, черепахи – 1 год, верблюда – 3 месяца, человека – 1 месяц. Без воды человек может прожить 3 дня, в то время как без пищи – 30-50 дней.
Демонстрирую схему «Круговорот воды в природе», сообщаю, что на долю пресной воды приходится только 3% ее общих запасов.
После этого перехожу к вопросам экономного расходования воды и бережного отношения к ней.
3.2 Использование средств наглядности при изучении воды и растворов
В начальных классах при изучении предметов естественнонаучного цикла — природоведения и естествознания — учащиеся впервые знакомятся с некоторыми понятиями и химическими процессами, но, к сожалению, это не всегда позволяет им усвоить материал с первого предъявления и на должном уровне.
Анализ учебно-методической литературы показывает, что по многим изучаемым темам данных предметов можно проще и доступнее вести процесс обучения, и надежным подспорьем в этом деле оказываются опорные схемы (ОС) [13, 14].
опорные схемы можно использовать при подготовке и проведении уроков, преследуя цель — усвоение учащимися знаний и представлений по следующим вопросам: «Три физических состояния вещества»; «Как происходит процесс перехода вещества из одного состояния в другое»; «Очистка воды».
ОС 1. Данная схема представляет собой своего рода таблицу. Столбцы – разные агрегатные состояния воды, а строки – критерии, по которым они различаются.
В первой строке показано различие в расположении частиц (молекул): в жидкой форме они находятся близко друг к другу и медленно перемещаются в определенном объеме; в газообразной — они далеко друг от друга и движутся довольно быстро; в твердой — частицы упакованы довольно плотно и их движение сводится к колебаниям.
Во второй строке сравнивается объем: в жидком состоянии вода имеет постоянный объем (в какой бы сосуд не налили 1 л воды, она всегда будет занимать этот объем). Если сосуд рассчитан на объем 1 л, то он будет полный, если сосуд двухлитровый, то он будет заполнен наполовину. Вещество в газообразной форме не имеет постоянного объема: газ, занимавший объем 1 л, при сжатии поршнем может занять объем равный 0,5 л. При этом его количество не уменьшается, на что указывает одинаковое число молекул в обоих цилиндрах. Между молекулами вещества просто уменьшается расстояние.
В твердом состоянии вода, как и в первом случае, имеет постоянный объем. Если взять кубик льда объемом 1 дм3, или 1 л, и растопить его, то жидкость, перелитая в сосуд, будет занимать объем также равный 1 л.
В третьей строке сравнивается форма, которую принимает вещество в том или ином агрегатном состоянии. В жидком виде вода всегда принимает форму сосуда, в который ее наливают. Газ в свободном состоянии не имеет постоянной формы, например, пар над кастрюлей с кипящей водой приобретает форму облака, а в воздушном шаре — форму шара. У твердого вещества форма постоянная, например, ледяная фигура будет сохранять свою форму до тех пор, пока не изменится температура воздуха (пока не наступит потепление), и лед не начнет таять.
ОС-1
ОС – 2. Данная схема построена на бытовых примерах, она состоит из двух частей: первая — это превращение воды в пар и наоборот, вторая — это превращение воды в лед и обратно в воду (ОС-2). Водопроводную воду набирают в чайник и доводят до кипения. На чайник устанавливают вверх дном банку (лучше трехлитровую). В банке горячий пар охлаждается и конденсируется на стенках в виде капель воды, которые стекают обратно в чайник. Такой «круговорот воды» может продолжаться до тех пор, пока температура воды будет соответствовать температуре кипения.
Замерзание — процесс, обратный закипанию. В кастрюлю набирают воду и выносят ее зимой на улицу или помещают в морозильную камеру холодильника при температуре ниже О °С. Прежде чем перейти в твердое состояние, вода пройдет следующие стадии: охлаждение, затвердевание и, наконец, замерзание. Затем кастрюлю помещают в теплое помещение, где температура выше О °С или нагревают. Постепенно лед начнет плавиться и переходить в жидкую форму — воду. Эти примеры демонстрируют обратимость превращений одного агрегатного состояния в другое.
ОС — 2.Условные обозначения: 1 -нагревание;2 — кипение; 3 — охлаждение; 4 — конденсация; 5 — затвердевание: 6 — замерзание; 7 — плавление
ОС – 3. Схему очистки воды условно делят на семь стадий, на каждой из которой происходит очистка воды от определенного вида загрязнения, кроме седьмой стадии (ОС-3).
Стадия I. Схематично отображает соотношение соленой 1 и пресной 2,3,4 воды на Земле. Кружком отмечено количество пресной воды
ОС-3. Условные обозначения: 1 — соленые воды океанов, морей, озер, соленые подземные воды; 2 — воды ледников Антарктиды, арктических островов и горных районов; 3 — подземные пресные воды; 4 -пресные поверхностные воды; 5 — решетка; б — отстойник; 7 — суспензия; 8 — химические элементы, содержащиеся в воде (от Н до Bi); 9 -болезнетворные бактерии; 10 — осадок; 11 -коагулянт А12(SО4)3; 12 — песок SiO2; 13 -хлор Сl или озон О3; 14 -водохранилище; 15 -кран
Ее нужно беречь, так как ее сравнительно мало! Проходя через решетку 5, вода подвергается первичной очистке (освобождается от крупных механических загрязнителей), затем она попадает в отстойник 6.
Стадия II. Под действием силы тяжести часть взвешенных частиц оседает на дно, образуя осадок 10, но вода полностью еще не очищена и содержит биологические загрязнители — это болезнетворные бактерии 9, и мельчайшие механические загрязнители — суспензию 7, а также химические примеси 8. «Грязная вода», изображенная на схеме темным цветом, переходит в следующую стадию, но все же частично очищенная она меняет интенсивность своей окраски и светлеет.
Стадия III. Вода становится менее мутной и подвергается коагуляции:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 2Al(OH)3¯ + +3CaSO4 + 6CO2.
Для этого в воду добавляют коагулянт — Al2(SO4)3 из емкости 11. В результате химической реакции образуется Al(OH)3 (сначала в виде мелких коллоидных частиц, затем они объединяются в более крупные хлопья). На его поверхности адсорбируются взвешенные примеси и оседают на дно емкости в виде нового осадка, но уже в меньшем количестве. Вода становится еще чище, что можно заметить по уменьшению «интенсивности» окрашивания отстойника 6 и уменьшению содержания химических примесей 8.
Стадия IV. На этой стадии вода проходит через фильтр 12 — песок, катализатор, адсорбент. Из химических элементов в воде остаются лишь необходимые организму, но в ней еще присутствуют биологические загрязнители 9.
Стадия V. Вода проходит биологическую очистку — хлорирование или озонирование 13, в результате чего погибает основная часть биологических загрязнителей.
Стадия VI. Чистая, готовая к употреблению вода поступает в водозабор 14, откуда по водопроводу попадет в жилые дома и на предприятия 15- Использованную воду называют сточными водами.
Стадия VII. Сточные воды через очистные сооружения попадают в грунтовые воды и процесс начинается заново.
Продолжить получение сведений о воде можно, рассмотрев одно из важнейших ее свойств – способность растворять различные вещества.
На практике и здесь оказалось удобным использование опорных схем, которые помогают структурировать информацию и систематизировать знания. На практическом занятии демонстрация многочисленных опытов порой не укладывается в детском сознании должным образом, поэтому наглядное закрепление полученных сведений с помощью опорных схем помогает устранить эту проблему.
Начинаем урок с демонстрации растворения в воде веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях. При этом вводим такие понятия, как «растворение», «растворитель», «растворимые вещества», и даем необходимые объяснения.
ОС –4. Вода — растворитель Довольно быстрому пониманию изучаемого материала могут способствовать примеры, с которыми учащиеся встречаются в быту практически каждый день: появление пузырьков углекислого газа в минеральной воде после ее откупоривания; приготовление рассола для засолки, например, огурцов; использование 9%-ного раствора уксусной кислоты при мариновании (ОС-4).
Первый пример позволяет объяснить растворение в воде газа (оксид углерода (IV)), второй – твердого вещества (хлорида натрия), третий – жидкости (ледяной уксусной кислоты).
Чтобы обсуждать особенности процесса растворения, необходимо ввести новые понятия: «физическое явление», «химическое явление» или «химическая реакция» (ОС-5). Используем примеры явлений, которые также хорошо знакомы учащимся из повседневной жизни.
При рассмотрении химических явлений проводим химические реакции,
ОС-5. Физические и химические явления, сопровождающиеся различными признаками: 1) выделение газа (взаимодействие уксуса (СН3СООН и соды (NaHCO3));
2) выделение теплоты (горение спички);
3) появление запаха (горение резины);
4) изменение окраски (ржавление гвоздя);
5) выпадение осадка (пропускание углекислого газа (СО2) через известковую воду (Са(ОН)2).
Серия опытов, изображенных на ОС-6, позволяет закрепить умения различать физические и химические явления и доказать, что их скорость зависит от условий проведения опыта.
Стадия 1. В один стакан с водой наливаем ледяную уксусную кислоту, а в другой – насыпаем гидрокарбонат натрия (пищевую соду). Акцентируем внимание учащихся на том, что они наблюдают растворение.
Смешиваем полученные растворы и выясняем, происходит ли химическая реакция. Обращаем внимание учащихся на интенсивность выделения пузырьков газа.
Стадия 2. Снова готовим раствор уксусной кислоты, но теперь, во-первых, насыпаем в него соду, а во-вторых, перемешиваем содержимое стакана. Отмечаем более интенсивное протекание химической реакции.
Стадия 3. Изменим условия и будем на твердую соду, насыпанную горкой, приливать раствор уксусной кислоты. Первоначально реакция идет бурно, но постепенно ее скорость замедляется.
Стадия 4. Поступим аналогично предыдущему опыту, но будем перемешивать ложечкой сухую соду и раствор уксусной кислоты, увеличивая тем самым поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Реакция ускоряется.
Такой подход к изучению воды и растворов необходимо реализовать ввиду его максимальной эффективности как в самом начале обучения, так и при переходе к более сложным темам, где также требуется существенное экспериментальное обеспечение работы учителя.
3.3 Интегрированный урок на тему: «Вода – уникальное вещество природы»
Цель урока: дать целостное представление о воде с точки зрения естественных наук (биологии, химии, физики, географии, экологии).
Оборудование:
иллюстрированный материал; кристаллизатор с холодной водой;
иголка;
дистиллированная вода;
минеральная вода;
лакмусовая бумага.
Действующие лица:
учитель;
ученики 10-го класса в роли биолога, ботаника, зоолога, географа, физика, химика, эколога.
Учитель:
Необходимая составная часть всего живого – Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха; тебя не опишешь, тобой наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь. С тобой во всем существе разливается блаженство, которое не объяснишь только нашими пятью чувствами… Ты величайшее в мире богатство…
Антуан де Сент-Экзюпери
Географ:
Вода – самое распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыто водой, заполняющей все природные водоемы и образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; огромными массами снега и льда лежит вода круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. Не только на поверхности земли, но и в ее недрах находится вода, пропитывающая почву и различные горные породы, образуя грунтовые воды, дающая начало источникам и ключам. Водная оболочка планеты – гидросфера.
Вода играет определяющую роль в геологической истории Земли, в формировании климата и погоды, в круговороте веществ, в физиологической и биологической сферах жизни.
– В северных морях водоросли растут лучше, чем в морях южных морей. Почему? (В холодной воде растворяется больше кислорода, который необходим для дыхания).
Эколог:
Средняя глубина Мирового океана 3,8 км. В нем растворены соединения до 100 химических элементов. Особенно важны растворенные в воде кислород и углекислый газ, участвующие в фотосинтезе и дыхании. Водную оболочку населяют живые организмы: в толще воды находится – планктон, а бентос – прикреплен ко дну.
Ботаник:
Вода часто выступает в качестве лимитирующего фактора для наземных организмов. Влажность почвы в значительной мере обуславливает смену растительных поясов с севера на юг. По способности переносить недостаток воды растения делятся на ксерофиты (высокая выносливость – кактус, можжевельник, сосна), мезофиты (средняя выносливость – ясень, береза), гидрофиты (низкая выносливость – рогоз, кувшинка, ряска).
Существуют адаптации у растений к засушливым условиям среды: опушение листьев, превращение их в колючки, утолщение стеблей и листьев, длинные корни, раннее цветение.
Необходимо отметить, что размножение у многих растений (водорослей, мхов, хвощей, плаунов, папоротников) происходит с участием воды.
Учитель:
– Как можно решить проблему заболачивания? (Посадить влаголюбивые растения).
– Мох выдерживает большие морозы и сильную жару, растет при слабом освещении, но очень нуждается в воде. Почему? (Мох всасывает воду ризоидами – зеленый мох или нижней частью стебля – сфагнум, при недостатке влаги развитие мха задерживается, и растение гибнет. К тому же вода нужна для размножения мхов).
– Какое растение поднимается из воды с восходом солнца и вновь опускается на дно после захода солнца? (Кувшинка, водяная лилия).
Зоолог:
А у животных приспособления, к засухе следующие: переждать в норах жару, летняя спячка в слизевом коконе (дождевой червь) и в норах (суслик), накопить жир, который, расщепляясь, дает воду (верблюды, грызуны), осуществлять миграции.
Необходимо отметить, что у многих животных размножение протекает в воде (рыбы, земноводные).
Учитель:
– Какой грызун строит плотины на реках? (Бобр).
– Где раки зимуют? (В ямах на дне реки).
– Какое животное способно выпить 250 л. воды сразу? (Верблюд).
Биолог:
Вода – растворитель. Полярность молекул воды делает ее прекрасным растворителем для других полярных соединений. Вещества, растворяющиеся в воде, называются гидрофильными, не растворяющиеся – гидрофобными. К первым относятся сахара, спирты, альдегиды, аминокислоты, азотистые основания; ко вторым – жирные кислоты, холестерин и некоторые другие. Промежуточное положение занимают амфипатические соединения, например липиды.
Транспортная функция. Передвижение по организму воды с растворенными в ней веществами позволяет переносить последние, доставляя их к различным частям организма. Вода принимает участие в удалении ненужных продуктов из организма.
продолжение
--PAGE_BREAK--Вода – термостабилизатор и терморегулятор. Высокая теплоемкость воды позволяет ей смягчать влияние на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде. Кроме того, у воды высокая теплопроводность, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.
Способность молекул воды при испарении уносить с собой значительные количества тепла (высокая теплота испарения), охлаждая организм, используется при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и транспирации у растений, предотвращая перегрев.
Вода – реагент. Вода служит не только средой протекания химических реакций, но и участвует во многих из них. Так, образование биополимеров из мономеров сопровождается образованием молекул воды, а расщепление полимеров (гидролиз) ее затратой. В процессе фотосинтеза Н2О служит источником водорода.
Структурная функция. Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды, и именно она придает клеткам их нормальную форму. У растений вода определяет тургесцентность клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (иглокожие, круглые черви и др.). (Опыт: в первый стакан с чистой водой опустить нарезанный картофель, а во второй стакан нарезанный картофель опустить в соленую воду. Наблюдаем, что во втором стакане картофель становится мягким, так как происходит явление осмоса).
У человека:
Основным источником потери тепла является потоотделение 80%. В течение суток через кожу выделяется 0,5 л Н2О.
Человек без пищи может прожить месяц, без воды – около недели. Чем это можно объяснить? (Т.к. все жизненные процессы в организме идут в водно – солевых растворах. Вода выделяется из организма с мочой, потом, через кожу, с остатками непереваренной пищи, при дыхании).
Учитель:
– Почему паук-водомерка может бегать по поверхности воды?
Физик:
Лапки паука-водомерки не смачиваются водой и поэтому как бы отталкиваются от нее, не нарушая поверхностного слоя.
(Опыт: в кристаллизатор с холодной водой нужно опустить тонкую иголку. В результате опыта наблюдаем, что иголка держится на поверхности воды).
Необходимо указать физические характеристики воды. Вода имеет самую высокую теплоемкость (4,284 кДж /кг*К) среди жидкостей.
Учитель:
– А как это может влиять на нас с вами?
Физик:
Вода занимает около 75% поверхности Земного шара. Она медленно нагревается, аккумулируя тепло, а потом также медленно остывает, отдавая накопленное тепло, поэтому всегда вблизи больших водоемов не так резки перепады температур днем и ночью, как на континенте, а особенно в пустыне.
Например, Северодвинске зимой всегда теплее на 1–3°С чем в Архангельске, а летом наоборот прохладнее, хотя расстояние между этими городами всего 25 км по прямой.
Учитель:
– А какую особенность воды можно назвать самой удивительной для жизни на земле?
Физик:
Плотность воды по мере охлаждения возрастает не монотонно до 0°С (температуры замерзания), а имеет максимум при +4°С и затем несколько уменьшается. При замерзании плотность резко уменьшается и составляет для льда 0,91г/ см 3. Это значит, что лед легче воды, следовательно, он плавает. Это позволяет закрыть водоем плотно, как крышкой кастрюлю. Из жизненного опыта вам известно, что кастрюля, закрытая крышкой остывает медленнее, чем открытая. Реки, озера и моря затянутые льдом остывают медленно, и до дна промерзнуть не успевают даже за долгую зиму на Севере, еще надо учесть, что самая тяжелая вода при температуре + 4°С. Кроме того вода является плохим проводником тепла. (Показать опыт с кипячением воды, когда на дне пробирки лед). Все это дает возможность растениям и другим живым организмам благополучно перезимовать. При этом не надо забывать, что лед имеет большую удельную теплоту плавления (в 13,5 раза больше, чем у свинца), поэтому вода при замерзании выделяет большое количество теплоты, которая передается окружающей среде, поэтому мы часто в морозные дни можем видеть птиц на льду.
Учитель:
– А почему вода растворяет вещества?
Химик:
В силу высокой полярности молекул воды вода является растворителем других полярных соединений, не имея себе равных.
Молекулы воды не линейны – угол между связями равен 104° 27'.
Связи ковалентны, полярны, т.е. некоторый положительный заряд несут атомы водорода, а отрицательный – атом кислорода. Вследствие этого связанный атом кислорода способен притягивать атом водорода соседней молекулы с образованием водородной связи, что существенно повышает общую энергию связи. Т.о. молекулы в воде ассоциированы. В кристаллах льда водородные связи еще сильнее.
Весовой состав воды выражается следующими числами: 11,11% водорода и 88,89% кислорода. Отсюда простейшая формула воды будет Н2О.
Известна тяжелая и легкая вода. При электролизе обыкновенной воды, содержащей наряду с молекулами Н2О также незначительное количество молекул D2О, образованных тяжелым изотопом водорода, разложению подвергаются преимущественно молекулы Н2О. поэтому при длительном электролизе воды остаток постепенно обогащается молекулами D2О.
Тяжелая вода хуже растворяет соли, чем обыкновенная вода. Тяжелая вода получила практическое применение в качестве замедлителя реакций в ядерных реакторах.
Учитель:
– Бывает, что, набирая воду впрок, наши бабушки кладут на дно ведра серебряную ложку. Зачем? (Ионы серебра убивают микроорганизмы, и вода дольше не портится).
– Что вы знаете о структурировании воды?
Химик:
Химические свойства воды определяются ее составом и строением.
Молекулу воды можно разрушить только внешним воздействием. Вода начинает заметно разлагаться только при 2000°С (термическая диссоциация) или под действием ультрафиолетового излучения (фотохимическая диссоциация). На воду также действует радиоактивное излучение. При этом образуется водород и пероксид водорода Н2О2.
Щелочи и щелочноземельные металлы разлагают воду с выделением водорода при обычной температуре, а магний и цинк – при кипячении. Железо реагирует с водяным паром при красном калении.
Вода является одной из причин коррозии – ржавления металлов.
Благородные металлы с водой не реагируют.
Вода взаимодействует со многими неметаллами.
Н2О + О ® Н2О атомарный кислород превращает воду в пероксид водорода.
Вода «горит» в струе фтора.
Хлор при 100° С или на свету разлагает воду с выделением атомного кислорода Н2О + Cl2 2НCl + О.Растворимые в воде солеобразующие оксиды, взаимодействуя с ней, дают кислоты и основания.
Многие соли и другие вещества гидролизуются водой.
Учитель:
В Московском Кремле с первой половины XVI в. до 30 годов XVIII в. функционировал водопровод со свинцовыми трубами и резервуарами. В этот же период наблюдался высокий уровень детской смертности и наследственных уродств членов царской семьи. Объясните причины этих явлений. (Свинец, растворенный в водопроводной воде, способен вызвать отравления, накапливаться в тканях, разрушать половые клетки).
Эколог:
Природная вода никогда не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит различные примеси, которые захватывает из воздуха (растворенные газы, пыль, микроорганизмы). Просачиваясь сквозь верхние слои земли, вода растворяет по пути различные вещества. Поэтому колодезная, ключевая, речная и озерная вода всегда содержит растворенные вещества (0,01 – 0,05%). Морская вода содержит до 4% растворенных веществ, главную массу которых составляет поваренная соль.
Химик:
Вода, содержащая большое количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, например дождевой, в которой растворенных веществ немного. Жесткая вода дает мало пены с мылом.
(Опыт: взять 3 пробирки, в первую налить сок, во вторую дистиллированную воду, в третью минеральную воду. В каждую пробирку опустить индикаторную бумажку. В результате наблюдаем, что в первой пробирке рн = 2, во второй рн = 5,5, в третьей рн = 7,5).
Эколог:
Кроме растворимых примесей, природная вода всегда содержит во взвешенном состоянии твердые частицы песка, глины, остатки растений и животных, а также всевозможные микроорганизмы. Среди последних могут быть и болезнетворные, которые, попадая в организм человека и животных, вызывают различные заболевания.
Чтобы освободить воду от взвешенных в ней частиц, ее подвергают фильтрованию сквозь слой какого-нибудь пористого вещества, например угля, обожженной глины и т.п. при фильтровании воды в большом масштабе пользуются исключительно фильтрами из песка и гравия. Фильтры задерживают также большую часть бактерий. Для обеззараживания питьевой воды ее хлорируют. Совершенно чистую воду, не содержащую также и растворенных веществ, получают путем перегонки (дистилляции).
Учитель:
– Назовите естественные фильтры в природе. (Песок, известняк).
– Вы находитесь в походе, и местные источники воды вызывают у вас сомнение. Как обезопасить себя с помощью простых и надежных средств? (Можно заразиться различными инфекционными и глистными заболеваниями. Простой способ избежать этого – кипячение воды).
– Не секрет, что сегодня водопроводная вода содержит большое количество примесей. Одни люди эту воду отстаивают, другие кипятят. Кто прав? (Водопроводную воду отстаивать нужно обязательно, независимо от того, будете ли вы ее кипятить).
Эколог:
Вода – это уникальное вещество природы, которое необходимо защищать!
Чистыми должны быть воды
Океанов, моря, рек.
И об этом должен помнить
Каждый умный человек.
Учитель:
Обобщение изученного материала в виде фронтального опроса. Домашнее задание.
На альбомном листе отобразите уникальность воды в природе. (Творческое задание).
3.4 Урок на тему: «Вода-основа жизни на Земле» Цели урока:
-активизировать все знания учащихся о воде, полученные при изучении физики, биологии, географии, химии;
— обсудить значимость воды в природе и в жизни человека, а также экологические вопросы;
Оборудование: глобус; таблица по зоологии «Животные – обитатели водоемов»; схемы: «Агрегатное состояние», «Содержание воды в организме человека», «Строение гидросферы», «Круговорот воды в природе»; рисунок «Фотосинтез»; магнитофонные записи; слайды.
Начинаем урок с музыки. Звучит «Панорама» из балета П.И.Чайковского «Спящая красавица». Журчащая музыка в исполнении арфы вызывает в воображении детей образ воды. Может быть подобрана и другая музыка: журчание весенних ручейков из первого концерта для фортепиано Э.Грига, из балета А.Глазунова «Раймонда», ревущий океан из «Шехерезады» Н.А.Римского-Корсакова
Учитель: О роли воды в природе ярко и точно сказал академик И.В.Петрянов: «Разве вода – это только жидкость, что налита в стакан? Океан, покрывающий почти всю планету, всю нашу чудесную Землю, в которой миллионы лет назад зародилась жизнь, — это вода».
Тучи, облака, туман, несущие влагу всему живому на земной поверхности, — это тоже вода.
Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снег, покрывающий почти половину планеты, — и это вода. Безгранично многообразие жизни. Она всюду на нашей планете. Но жизнь есть только там, где есть вода. Нет живого существа, если нет воды.
Проведем небольшую разминку. Отгадайте загадки.
1. Под землею ходит,
На небо смотрит. (Родник.)
2. Что видно, когда ничего не видно? (Туман.)
3. Вечером наземь слетает,
Ночь на земле пребывает,
Утром опять улетает. (Роса)
4. Без крыльев летят, Без ног бегут,
Без паруса плывут. (Облака.)
5. Не конь, а бежит,
Не лес, а шумит. (Река)
6. Приходил — стучал по крыше,
Уходил — никто не слышал. (Дождь.)
Давайте посмотрим на глобус. Наша планета названа Землей по явному недоразумению: на сушу приходится 1/4 ее территории, а все остальное — Вода! Правильно было бы назвать ее планета Вода!
Нахождение в природе:
3/4 земного шара
97% океаны и моря
3% озера, реки, подземные воды
70% содержат животные организмы
90% содержат огурцы, арбузы
65% массы тела человека
Учительформулирует вывод: Вода является самым распространенным веществом на Земле. Нет такого минерала, горной породы, организма, в состав которого не входила бы вода.
Учитель:Кем, когда и при помощи, каких методов был установлен качественный и количественный состав молекулы воды?
Лавуазье доверено,
Чтоб было все проверено,
С Лапласом выполнял эксперимент.
Все проанализировал,
Он воду синтезировал
И доказал: она не элемент.
Для доказательства того, что вода не элемент, а также дня подтверждения состава воды Лавуазье и химик Жак Менье в1787г. осуществили знаменитые опыты по разложению воды.
Работы продолжение
Он видит в разложении
Воды в стволе, нагретом докрасна.
И это путь единственный,
Для утвержденья истины:
На газы разлагается она.
В основе изучения качественного и количественного состава вещества лежат два метода: синтез и анализ. Давайте вспомним сущность этих методов.
1787 г. Лавуазье
Методы
Синтез Анализ
Н2 + О2взрыв Н2О пост.электр.ток Н2 + О2
О составе воды прекрасные строки написал Ефим Ефимовский.
Из атомов мир создавала Природа
Два атома легких взяла Водорода,
Прибавила атом один Кислорода,
И получилась частица Воды,
Море Воды, Океаны и Льдины.
Схема. «Состав молекулы воды»
М (н2о) =18 г/моль
Давайте вспомним физические свойства воды. При нормальных условиях вода — жидкость. Не имеет запаха, цвета, вкуса, прозрачна, не ядовита. При +100 °С (и давлении 1013 кПа) — кипит, при О °С — замерзает. При нагревании и замерзании вода расширяется, а при охлаждении сжимается. При температуре +4 °С плотность воды равна 1 г/см. При охлаждении плотность воды увеличивается, пока температура не достигнет +4 °С, затем плотность снова становится меньше. Поэтому в больших водоемах вода с температурой +4 °С опускается на дно, а более холодная — находится ближе к поверхности. И хотя зимой поверхность водоема скована льдом, на дне температура всегда равна +4 °С. Это свойство воды позволяет рыбе зимовать в замерзших водоемах. Лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, т.к. его кристаллическая решетка содержит пустоты. Поэтому зимой лед находится на поверхности воды, что очень важно для обитателей водоемов зимой.
Вода обладает исключительно большойтеплоемкостью, поэтому она медленно нагревается и медленно остывает. Благодаря этому водные бассейны регулируют температуру на нашей планете.
Земля давно бы остыла и стала безжизненной, если бы не вода Земная вода поглощает и выделяет много тепла, тем самым “выравнивая” климат. А от космического холода предохраняют молекулы воды, рассеянные в атмосфере. Один поэт написал о капле дождя:
Она жила и по стеклу текла.
Но вдруг ее морозом оковало,
И неподвижной льдинкой капля стала,
И в мире поубавилось тепла.
Какая ошибка здесь допущена?
Поэт забыл закон сохранения и превращения энергии. Убавилась внутренняя энергия капли воды. При замерзании капля воды выделяет тепло.
Говорят, что вода — оборотень. Почему ее так называют?
Учащиеся вспоминают, что вода может находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях. В газообразном состоянии вода находится в атмосфере, а в жидком и твердом — в гидросфере.
(Работа со схемой)
Схема «Агрегатные состояния воды»
Благодаря чему вода на нашей планете может находиться в трёх агрегатных состояниях? Это объясняется средним расстоянием от Земли до Солнца, равным 149, 6 млн. км. Если бы расстояние от Земли до Солнца составляло менее 134 млн. км, то вся вода океанов, морей и рек испарилась бы. Увеличение расстояния между Землей и солнцем до 166 млн. км и более привела бы к тому, что жидкой воды на нашей планете не осталось бы — она полностью превратилась бы в лед.
Давайте вспомним, из каких частей состоит гидросфера.
(Работа со схемой).
Мы рассмотрели физические свойства воды, состав гидросферы, а теперь давайте вспомним ее химические свойства. Химические свойства веществ проявляются в их взаимодействии с другими веществами:
I. С простыми веществами:
Акт. Ме + Н2О щелочь + Н2
Менее акт. Ме + Н2О МеО + Н2
II. Со сложными веществами:
Акт. Ме + Н2О щелочь
Не МеО + Н2О кислота
III. Газированная вода – это раствор оксида углерода.
Н2О + СО2 Н2СО3
продолжение
--PAGE_BREAK--