Главная / Химия / Элективный курс "Известная и неизвестная вода"

Элективный курс "Известная и неизвестная вода"












Программа элективного курса

по химии для учащихся 9 классов

(в рамках предпрофильной подготовки)






«ИЗВЕСТНАЯ И НЕИЗВЕСТНАЯ ВОДА»


























Пояснительная записка


Вhello_html_m823f5e0.jpgода!

Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое!

Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь.

Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами…

Ты самое большое богатство на свете…

(Антуан де Сент-Экзюпери)









Программа элективного курса «Известная и неизвестная вода» предназначена для учащихся 9-х классов.

Вода… Удивительная, парадоксальная, загадочная, непостижимая… Не счесть числа эпитетов, которыми можно в полной мере охарактеризовать это удивительное вещество.

На мой взгляд, в программе средней общеобразовательной школы этому веществу уделяется недостаточное внимание. В большинстве школьных учебников по химии изложены краткие сведения о составе воды и ее свойствах. Мало уделяется внимания раскрытию связи между строением молекулы воды и ее свойствами; физическими и химическими явлениями в природе. Поэтому вполне закономерно в рамках элективного курса обратиться к воде как к одному из важнейших объектов изучения химии.

Содержание курса носит межпредметный характер, так как требует синтеза знаний по ряду дисциплин (химия, биология, физика, география, экология).

Несмотря на свою тривиальность, вода имеет интересную историю развития знаний о ней и необычайные свойства. В курсе рассматриваются вопросы экологии гидросферы. Природа Земли уже не в состоянии нейтрализовать негативные последствия человеческой деятельности. Изменить ситуацию можно лишь перестроив отношение человека к природе: ответственное и бережное отношение должно прийти на смену потребительскому.

Практические и лабораторные работы курса не только дополняют теоретические знания о воде, но и актуализируют практические умения учащихся. Выполняя эксперименты на практических занятиях, учащиеся постигают экологические проблемы «изнутри», понимая важность применения знаний к решению практических задач.

Содержание курса заставляет учащихся удивляться, делать хоть маленькие, но свои открытия, ведет к познанию неизвестного в известном. Программа направлена на формирование культуры химических знаний, осознания единства человека с окружающим миром, выработку разумного и бережного отношения к природе.



Цели курса:


  • углубление и расширение знаний учащихся о воде и формирование умений использовать полученные знания для решения практических задач;

  • обобщение знаний о гидросфере, о воздействии на нее человека, возникновении глобальных экологических проблем и способов их решения;

  • развитие мышления, познавательной активности, интереса к предмету и коммуникативных качеств учащихся;



Задачи:


  • обеспечить усвоение знаний учащихся о роли воды в природе, ее составе, физических и химических свойствах;

  • содействовать формированию основных мировоззренческих идей: причинно-следственных связей между составом, строением и свойствами, физическими и химическими явлениями в природе; познаваемости мира и его закономерностей;

  • создать условия для формирования и развития у учащихся:

- интереса к изучению химии;

- умений самостоятельно приобретать и применять знания в практической деятельности;

- умение работать в группе, отстаивать свою точку зрения;

- прививать навыки исследовательской работы;

  • содействовать воспитанию экологической культуры учащихся.


Тематический план


п/п

Наименование тем

Количество часов

1

Что мы знаем о воде?

3

2

Вода – растворитель.

5

3

Экология гидросферы.

4

4

Итоговое занятие.

1

ИТОГО :

13


Содержание программы


Тема 1. Все ли мы знаем о воде?


Основные понятия:

- из истории знаний о воде;

- вода в природе;

- состав и строение молекулы воды;

- тяжелая вода;

- аномальные свойства воды;

- амфотерные свойства воды.


Занятие 1. Вода в масштабе планеты.

Занятие 2. Парадоксы воды (аномальные физические свойства воды).

Занятие 3. Двуликая вода (амфотерные свойства воды, окислительно-восстановительные свойства воды).


Ожидаемые результаты:

  • учащиеся должны иметь представление о:

- взглядах древних на воду;

- составе природной воды;

- физических и химических свойствах воды;

  • формирование умений:

- объяснять свойства воды с позиций строения молекул воды;

- работать с дополнительной литературой.



Тема 2. Вода – растворитель.


Основные понятия:

- коэффициент растворимости;

- истинные растворы;

- ненасыщенные и пересыщенные растворы;

- кристаллогидраты;

- способы выражения концентрации растворов: процентная, молярная, нормальная;

- жесткая и мягкая вода;

- гидролиз.


Занятие 4. Вода – растворитель. Практическая работа «Выращиваем кристаллы».

Занятие 5-6. Количественный состав растворов. Задачи для будущих фармацевтов, химиков-аналитиков.

Занятие 7. «Жесткая» и «мягкая» вода.

Занятие 8. Гидролиз солей.


Ожидаемые результаты:

  • учащиеся будут иметь представление о:

- о различной растворимости веществ в воде, зависимости растворимости от природы растворяемого вещества, температуры, давления;

- о различных способах выражения количественного состава растворов;

- о видах жесткости воды и способах ее устранения;

- о гидролизе солей;

  • формирование умений:

- решать расчетные задачи по теме, готовить растворы заданной концентрации;

- проводить опыты по выращиванию кристаллов;

- устранять карбонатную и некарбонатную жесткость воды.



Тема 3. Экология гидросферы.


Основные понятия:

- основные факторы загрязнения гидросферы;

- ПДК;

- дефицит пресной воды;

- сточные воды;

- методы очистки сточных вод;

- водная хартия.


Занятие 9. Значение гидросферы для нашей планеты для нашей планеты. Основные факторы загрязнения (урок – конференция).

Занятие 10. Практическое занятие «Качественный анализ воды из различных источников».

Занятие 11. Экскурсия «Станция обезжелезивания питьевой воды».

Занятие 12. Экскурсия «Очистка сточных вод».


Ожидаемые результаты:

  • учащиеся имеют представление:

- об основных факторах загрязнения гидросферы;

- о работе очистных сооружений;

  • формирование умений и навыков:

- анализировать наблюдения, делать выводы;

- закрепление умений проведения эксперимента;

- умений вести дискуссию;

- самостоятельно работать с дополнительной литературой;

- самостоятельно находить проблемы валеологического характера и предлагать варианты их решения.



Занятие 13. Итоговое.(защита проектов, сообщений; конкурс плакатов на тему «Экология гидросферы», викторина)



Методические рекомендации


Виды деятельности.


Содержание элективного курса предполагает разнообразные виды деятельности учащихся: беседы, семинары, конференции, практические работы, уроки решения познавательных задач, лабораторные работы, экскурсии на очистные сооружения, а также самостоятельные проектные работы с использованием различных источников информации.

Семинары и конференции способствуют развитию умений учащихся самостоятельно работать с дополнительной литературой, вести дискуссию. Лабораторные, практические занятия, уроки решения задач способствуют формированию специальных умений и навыков работы с веществами, умений применять полученные знания.

Проектные работы, рефераты, тематика которых приводится в программе, позволяет сформировать у учащихся умение самостоятельно приобретать знания, развивают их творческие способности.



Методы обучения.


  • Частично-поисковые (беседа с демонстрацией средств наглядности, семинары, конференции);

  • Исследовательские (самостоятельная работа учащихся с научной литературой и наглядными пособиями);

  • Словесно-наглядно-практические (выполнение химических опытов, составление схем, плакатов).



Средства обучения.


  • Предметные (натуральные объекты, таблицы);

  • Практические (демонстрации опытов, решение задач, построение схем);

  • Интеллектуальные (анализ, сравнение);

  • Эмоциональные (интерес).



Примерные результаты деятельности учащихся.


  • Опорные конспекты;

  • Алгоритмы решения задач;

  • План эксперимента;

  • Отчет по экскурсии;

  • Плакаты на тему «Экология гидросферы».


Темы сообщений и проектных работ



  1. Тяжелая вода.

  2. Имеет ли вода память?

  3. «Сухая» и «мокрая» вода.

  4. Влажность воздуха.

  5. Дефицит пресной воды.

  6. Вода в космосе.

  7. Анализ проб воды в различных источниках.

  8. Очистные сооружения городка (по материалам экскурсии).


Список литературы



  1. Химическая энциклопедия, т.1, М., 1988;

  2. Кукушкин Ю. Н. Химия вокруг нас, М., Высшая школа, 1992;

  3. Петрянов В. И. Самое необыкновенное вещество в мире, М., Педагогика, 1975;

  4. Лялько В. И. Вечно живая вода, Киев, 1992;

  5. Лосев И. С. Вода, Л., Гидрометеоиздат, 1989;

  6. Кульский Л. А. Проблема чистой воды, Киев, 1991;

  7. Макаров К. А. Химия и медицина, М., Просвещение, 1981;

  8. Хомченко Г. П., Хомченко И. Г. Сборник задач по химии для средней школы, М., Новая Волна, 2002;

  9. Астафуров В. И. Основы химического анализа, М., Просвещение, 1982;

  10. Химия в школе, 1996, № 1;

  11. Химия в школе, 2001, № 8;

  12. Химия в школе, 2002, № 8, 10.

Занятие № 1.


Вода в масштабе планеты.

Введение. Из истории знаний о воде. Вода в природе. Состав и строение молекулы воды. Тяжелая вода.


hello_html_707d7b2e.jpg

Всесильная стихия природы — вода во все времена, во все периоды истории покоряла ум и воображение людей. Человек пытался разобраться в явлениях окружающего мира. Древний человек самой могущественной стихией, источником всего сущего считал воду. Представления о всеобъемлющей роли воды в мироздании, ее изначальности, о волшебной целительной силе содержатся в письменных памятниках египтян, индейцев и китайцев.

В древнеиндийских гимнах повествуется о сотворении мира: «Тогда еще не было ни бытия, ни небытия, ни воздушного океана, ни небесного свода — был мрак, было первичное вселенское море...»

Производство глиняных изделий, выработка цветной глазури, покрывавшей стены подземных гробниц фараонов, искусство бальзамирования, достигшее в Древнем Египте замечательного развития, — все это основано на растворах, достаточно сложных по составу и умело приготовлявшихся тогда, в глубине веков, первыми естествоиспытателями.

Один из наиболее ранних мыслителей античной эпохи древнегреческий философ Фалес Милетский (624—547 до н. э.) считал воду основой всего сущего, определяющей многообразие природы: «Все твердое осаждается из воды».

Платон (427—347 до н. э.), развивая взгляды Фалеса, впервые создал достаточно целостную теорию круговорота воды. Правда, в этой теории много было фантастического: подземный омут Тартара, куда по огромным жерлам стекает вся вода с поверхности Земли, и четыре могучих потока, объединяющих все земные воды, и что все поверхностные воды непосредственно имеют своим началом морскую воду.

Аристотель — ученик Платона, проделал гигантский труд по систематизации накопленных научных знаний, указал на роль солнечного тепла в процессе испарения воды с поверхностей морей и океанов и на осаждение поднявшихся высоко над Землей водных паров как на причину выпадения осадков.

Аристотель считал, что морские воды питают реки не непосредственно, а через стадию испарение — конденсация. Таким образом, атмосферные осадки признавались одним из источников питания рек.

Древнеримский архитектор и инженер Марк Витрувий Поллион (I в. до н. э.) так рассуждал о происхождении грунтовых вод: «Лощины между гор особенно легко вбирают дождевые воды, благодаря чаще лесов снега там под прикрытием теней деревьев и гор подолгу сохраняются и затем, по мере таяния просачиваясь по земляным пластам, доходят до самого низа подошвы гор, откуда... бьют ключом источники».

Знаменитый древнеримский философ-поэт Тит Лукреций Кар (около 99—55 до н. э.) в своей поэме «О природе вещей» в художественной форме объясняет возможность естественного опреснения воды:

«... Вода, из земли утекая в моря, непременно в землю обратно должна из соленой пучины сочиться. Ибо морская вода проникает сквозь почву, и жидкость в землю сочится назад, стекая к источникам водным, после чего по земле возвращается пресным потоком».

Древние арабские ученые под воздействием идей древнегреческой философии, намного раньше, чем европейцы, разделяли взгляды Аристотеля на круговорот воды в природе. Уже в IX в. арабский ученый Масуди экспериментально подтвердил теорию Аристотеля об атмосферной циркуляции вод. Он получил пресную воду при химической перегонке морской воды.

Известный французский химик Пьер Жозеф Макер, получив в 1775 г. воду при сгорании небольшого количества водорода, счел самым разумным, чтобы не показаться смешным, не обратить на это внимания и продолжал утверждать, что вода — неделимое вещество.

Исследователи получали все больше доказательств возможной неоднородности воды, многие из них стояли на пороге великого открытия, например изобретатель паровой машины Джеймс Уатт и его выдающийся соотечественник Джозеф Пристли.

Французский математик Гаспар Монж доказал не­элементарную природу воды. Англичанин Генри Кавендиш в 1784 г. показал экспериментально, что вода образуется из соединения «воспламеняющегося воздуха» (водорода) с атмосферным кислородом.

Все эти ученые приблизились решению, но не нашли его. Открытие состава воды суждено было сделать в 1783 г. выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье совместно с математиком и химиком Ж. Б. Менье. В 1785 г. в присутствии группы французских ученых они синтезировали воду из водорода и кислорода и дали правильное толкование этому эксперименту. Так стало известно, что вода состоит из двух элементов, которые Лавуазье назвал водородом и кислородом.


Откуда на Земле взялась вода?

hello_html_731d8675.jpgВечно по всем направлениям Вселенную пронизывают потоки космических лучей— потоки частиц с огромной энергией. Больше всего в них протонов — ядер атомов водорода. В своем движении в космосе наша планета непрерывно подвергается «протонному обстрелу». Пронизывая верхние слои земной атмосферы, протоны захватывают электроны, превращаются в атомы водорода и немедленно вступают в реакцию с кислородом, образуя воду. Расчет показывает, что ежегодно почти полторы тонны такой «космической» воды рождается в стратосфере. На большой высоте при низкой температуре упругость водяного пара очень мала и молекулы воды, постепенно накапливаясь, конденсируются на частицах космической пыли, образуя таинственные серебристые облака. Ученые предполагают, что они состоят из мельчайших ледяных кристалликов, возникших из такой космической воды. Подсчет показал, что воды, появившейся таким образом на Земле за всю ее историю, как раз хватило бы, чтобы родились все океаны нашей планеты. Значит, вода пришла на Землю из космоса? Но...

Геохимики не считают воду небесной гостьей. Они убеждены, что у нее земное происхождение. Породы, слагающие земную мантию, которая лежит между центральным ядром Земли и земной корой, под влиянием накапливающегося тепла радиоактивного распада изотопов местами расплавлялись. Из них выделялись летучие составные части: азот, хлор, соединения углерода, серы, больше всего выделялось водяных паров. Сколько же воды могли выбросить при извержениях все вулканы за все время существования нашей планеты? Ученые подсчитали и это. Оказалось, что такой изверженной «геологической» воды тоже как раз хватило бы, чтобы заполнить все океаны.

Интересно все-таки было бы знать: откуда же на Земле взялась вода?


Вода в масштабе планеты.

Человечество издавна уделяло большое внимание воде, поскольку было хорошо известно, что там, где нет воды, нет и жизни. В сухой земле зерно может лежать многие годы и прорастает лишь в присутствии влаги. Несмотря на то, что вода — самое распространенное вещество на Земле, она распределена на поверхности планеты весьма неравномерно. На африканском континенте и в Азии имеются огромные пространства, лишенные воды, - пустыни. Целая страна - Алжир - живет на привозной воде. Пресную воду доставляют на судах в некоторые прибрежные районы и на острова Греции. Иногда там вода стоит дороже вина.

Наша планета — огромный реактор, начиненный раскаленными реагентами. Внешней стенкой реактора служит сравнительно тонкая пленка застывших горных пород. Ее средняя толщина составляет под континентами 35 км, а под океанами — 10 км. Внутри Земли идут сложнейшие химические реакции. Их продукты время от времени прорывают «внешние стенки реактора» и выбрасываются на поверхность через жерла вулканов, разломы земной коры, трещины в тектонических плитах и т. д. Из этих выбросов за миллиарды лет сформировались современные атмосфера, гидросфера, литосфера и живая природа (биота).

Среди веществ, выбрасываемых из недр Земли, на первом месте (по массе) стоит вода. На поверхность она обычно попадает в виде пара. Конденсируясь, вода за миллиарды лет создала гидросферу, которая занимает сейчас 75 % земной поверхности в виде океанов, морей, ледников, рек, озер и т. д. Гидросфера пополняется и в наше время, увеличиваясь ежегодно в среднем на 1 млрд. тонн. Если учесть, что современная гидросфера содержит лишь 7 % воды, входящей в состав нашей планеты, а остальные 93 % ее сосредоточены в мантии в химически связанном состоянии и постепенно выбрасываются на поверхность, то, возможно, у человечества но­вая экологическая ниша будет все больше ориентироваться на Мировой океан.

Детальные геологические замеры показали, что за 80-100 млн. лет вся земная суша сносится водным стоком в Мировой океан. Движущая сила этого процесса — круговорот воды в природе — один из главных планетарных процессов.

Поверхность земного шара на 3/4 покрыта водой - это океаны, моря, озера, ледники. В довольно больших количествах вода находится в атмосфере, а также в земной коре. Общие запасы свободной воды на Земле составляют 1,4 млрд. км3. Основное количество воды содержится в океанах (около 97,6 %). В виде льда на нашей планете имеется 2,14 % воды. Вода рек и озер составляет всего лишь 0,29 %, атмосферная вода - 0,0005 %.

Вода находится в постоянном и активном круговороте. Его движущей силой является Солнце, а основным источником воды - Мировой океан. Почти четверть всей падающей на Землю солнечной энергии расходуется на Испарение воды с поверхностей водоемов. Ежегодно, таким образом, в атмосферу поднимается 511 тыс. км воды, из них с поверхности океана — 411 тыс. км. Примерно 2/3 атмосферной воды возвращается в виде осадков обратно в океан, а 1/3 выпадает на сушу. Годовое количество осадков в 40 раз превышает содержание водяного пара в атмосфере. Выпав сразу, они могли бы образовать на Земле слой толщиной 1 м. Эта вода пополняет ледники, реки и озера. В свою очередь, материковые поверхностные воды снова стекают в моря и океаны, растворяя встречающиеся им на пути породы. Увлажняющая почву вода всасывается корнями растений. Вместе с водой растения получают растворенные питательные вещества. В растениях она поднимается по стеблям и возвращается в виде пара в атмосферу через листья. Важным регулятором количества воды на суше являются горные ледники. Они отдают воду в основном в летние месяцы, когда происходит особенно интенсивное таяние горного льда и снега. Уместно отметить, что ледники - главное хранилище пресной воды на нашей планете. Подсчитано, что они содержат около 30 млн. км3 пресной воды, в то время как все реки - не более 1,2 тыс. км3.

Итак, вода находится на Земле в постоянном движении. Среднее время ее пребывания в атмосфере оценивается 10 сутками, хотя и меняется с широтой местности. Для полярных широт оно может достигать 15, а в средних - 7 суток. Смена воды в реках происходит в среднем 30 раз в год, то есть каждые 12 дней. Влага, содержащаяся в почве, обновляется за 1 год. Воды проточных озер обмениваются за десятки лет, а непроточных - за 200-300 лет. Воды Мирового океана обновляются в среднем за 3000 лет. Из этих цифр можно получить представление о том, сколько времени необходимо для самоочистки водоемов. Нужно лишь иметь в виду, что если река вытекает из загрязненного озера, то время ее самоочистки определяется временем самоочистки озера.

Круговорот воды - исключительно важный процесс. Он обеспечивает сушу пресной водой, которая постоянно возобновляется. В процессе этого круговорота вода разрушает и растворяет твердые породы на суше и переносит их в другие места с образованием наносов. Конечно, в процессы разрушения и видоизменения поверхности Земли внесли свою лепту также ветер и вулканические извержения, солнечное воздействие и землетрясения, а позднее и живые организмы.

Таким образом, вода играет важную роль транспортного средства в геологических превращениях. Подземные воды постоянно ведут разрушительную и созидательную работу, формируя месторождения полезных ископаемых. Однако период наблюдения человечества за геологическими процессами столь короток, что изменения практически не заметны.

Но выпавшая на сушу вода не только разрушает горные породы. Постоянно омывая сушу, она в виде ручейков, речек и рек подхватывает продукты разрушения и несет их в океан. При этом часть веществ выносится потоками в растворенном состоянии (около 4,5 млрд. тонн в год), большая часть - в нерастворенном состоянии в виде коллоидов и взвесей (около 19 млрд. тонн в год). Таким образом, существующая земная суша за 80-100 млн. лет будет снесена в Мировой океан, объем которого в настоящее время в 12 раз больше объема суши, выступающей над уровнем моря.

Естественно возникает вопрос: почему не исчезла суша до сих пор, хотя ее выветривание и снос в океан существуют миллиарды лет? Ответ простой: физико-химические процессы, идущие в глубинах Земли, приводят к вздутию некоторых участков земной коры, к подъему океанического дна, к вулканическим выбросам огромного количества лавы, образующей острова, к сжатию тектонических плит и образованию возвышенностей и гор. Благодаря всем этим процессам, к которым люди относятся весьма отрицательно, земная суша восстанавливается.


Сколько в человеке воды?

Организм человека на 63-68 % состоит из воды, кровь — на 90 %, мышцы — на 75 %, кости — на 28 %, а стекловидное тело глаза — на 99 %.

В человеческом организме 35 л жидкости непрерывно осуществляют «орошение» тела. В этот объем входят: 5 л крови, 2 л лимфы, 28 л внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Кроме того, в органах человека циркулирует еще несколько жидкостей разного состава: 1,5 л слюны, 2,5 л желудочного сока, 1 л желчи, 0,7 л панкреатического сока. В организме человека есть еще спинномозговая и мозговая жидкость — 0,1-0,2 л. Все эти жидкости — водные растворы неорганических и органических веществ. Вода — обязательный компонент каждой живой клетки. Ни одно живое существо не может обойтись без воды. Обезвоживание организма на 12-15 % приводит к нарушению обмена веществ, а потеря до 25 % воды — к гибели организма.


Современные представления о строении молекул.

Предлагаю учащимся смоделировать молекулу воды на основании знаний об электронном строении атомов. Учащиеся используют бумагу, проволоку, надувные шары, нитки, другой подручный материал. Все работы помещаем на выставку, учащиеся защищают свои модели, обсуждают образцы, выполненные одноклассниками.


Что же такое обыкновенная вода?

Такой воды в мире нет. Нигде нет обыкновенной воды. Она всегда необыкновенная. Даже по изотоп ному составу вода в природе всегда различна. Он зависит от истории воды — от того, что с ней происходило в бесконечном многообразии ее круговорота в природе. При испарении вода обогащается протием, и вода дождя поэтому отлична от воды озера.

Вода реки непохожа на морскую воду. В закрытых озерах вода содержит больше дейтерия, чем вода горных ручьев. В каждом источнике свой изотопный состав воды.

Когда зимой вода в озере замерзает, никто из тех, кто катается на коньках, и не подозревает, что изотопный состав льда изменился: в нем уменьшилось содержание тяжелого водорода, но зато повысилось содержание тяжелого кислорода. Поэтому вода из растаявшего льда уже другая и отличается от той воды, из которой лед был получен.

Если воду разложить химически и сжечь добытый из нее водород, то получится снова вода, но совсем другая, потому что в воздухе изотопный состав кислорода отличается от среднего изотопного состава кислорода воды. Но зато, в отличие от воды, изотопный состав воздуха один и тот же на всем земном шаре.

Вода в природе не имеет постоянного изотопного состава, она вечно меняется, и только поэтому нельзя сказать, что где-то есть какая-то обыкновенная вода.


Сколько может быть различных вод?

Если подсчитать всевозможные различные соединения с общей формулой Н2О, то результат покажется неожиданным: всего могут существовать сорок восемь разных вод. Из них тридцать девять вод будут радиоактивными, но и стабильных, устойчивых вод тоже будет немало — девять:

Н216О, Н217О, Н218О, НD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O.

Если же окончательно подтвердится сообщение о том, что существует еще два сверхтяжелых изотопа водорода 4Н и 5Н, то будут возможны уже сто двадцать различных вод.

Где бы в мире ни зачерпнуть стакан воды, в нем всегда окажется смесь различных молекул, неодинаковых по изотопному составу. Конечно, вероятность образования молекул с разным изотопным составом далеко не одинакова. Молекулы, содержащие сразу два или три редко встречающихся изотопных атома, будут возникать так редко и их будет так мало, что, по мнению ученых, их пока можно не принимать во внимание.


Сколько существует различных водородов?

В природе существует три различных водорода — три его изотопа. Самый легкий — 1Н. Химики его часто называют протием. Водород в обычной воде почти нацело состоит из протия. Кроме него во всякой воде есть тяжелый водород — дейтерий 2Н, его чаще в химии обозначают символом D. Дейтерия в воде очень мало. На каждые 6700 атомов протия в среднем приходится только один атом дейтерия. Кроме протия и дейтерия существует еще сверхтяжелый водород 3Н. Его обычно называют тритием и обозначают символом Т. Тритий радиоактивен, период его полураспада немного больше 12 лет. Он непрерывно образуется в стратосфере под действием космического излучения. Количество трития на нашей Земле исчезающе мало — меньше одного килограмма на всем земном шаре, но, несмотря на это, его можно обнаружить повсюду, в любой капле воды.

Ученые заподозрили, что возможно существование четвертого изотопа водорода 4Н и даже пятого 5Н. Эти изотопы тоже должны быть радиоактивными.


Сколько на свете кислородов?

В природе найдены три различных изотопа кислорода. Больше всего легкого кислорода 16О, значительно меньше тяжелого 18О и совсем мало кислорода 17О. В кислороде воздуха, которым мы дышим, на каждые десять атомов 17О приходится 55 атомов 18О и более 26 000 атомов изотопа кислорода !6О.

Ученые сумели создать в своих ускорителях и реакторах еще пять радиоактивных изотопов кислорода: 13О, 14О, 15О, 19О и 20О. Все они живут очень недолго и через несколько минут распадаются, превращаясь в изотопы других элементов.



Далее предлагаю учащимся ознакомиться с современными представлениями о строении молекул воды.

hello_html_3db19dd4.pngКаждый атом водорода имеет один неспаренный s-электрон. Форма его электронного облака шарообразная. В атоме кислорода два неспаренных р-электрона, форма их электронных облаков гантелеобразная. При перекрывании двух р-электронных облаков атома кислорода с s-электронными облаками двух атомов водорода образуются две полярные ковалентные связи (см. рисунок).

Электроотрицательность атомов водорода равна 2,1, кислорода — 3,5, поэтому электронная плотность связи смещена к атому кислорода. В структурной формуле это смещение показано знаками δ+ и δ-.

р-Орбитали взаимно перпендикулярны, и, казалось бы, угол между связями должен быть равен 90° Экспериментально установлено, что этот угол равен 104,5°. Отклонение от прямого угла (90°) можно упрощенно объяснить взаимным отталкиванием электронных облаков двух атомов водорода.


Что такое тяжелая вода?

Иhello_html_m46ed0fc4.jpg этой воды в природе нет. Строго говоря, нужно было бы называть тяжелой воду, состоящую только из одних тяжелых изотопов водорода и кислорода D2I8O, но такой воды нет даже и в лабораториях ученых. Пока она еще никому не нужна, и незачем ее готовить. Конечно, если тяжелая вода понадобится науке или технике, ученые сумеют найти способ, как ее получить: и дейтерия и тяжелого кислорода в природной воде сколько угодно.

В науке и ядерной технике принято условно называть тяжелой водой тяжеловодородную воду. Она содержит только дейтерий, в ней совсем нет обычного легкого изотопа водорода. Изотопный состав по кислороду в этой воде соответствует составу кислорода воздуха.

Еще совсем недавно никто в мире и не подозревал, что такая вода существует, а теперь во многих странах мира работают гигантские заводы, перерабатывающие миллионы тонн воды, чтобы извлечь из нее дейтерий и получить чистую тяжелую воду.

Тяжелая вода потому и тяжелая, что тяжелее обычной. Ее плотность 1,104.

Тяжелая вода кипит при более высокой температуре, чем обычная вода и замерзает при более высокой температуре.

hello_html_780f1836.jpghello_html_5b9718e4.jpg




















Кому же нужна тяжелая вода?

Человечеству! Оно уже стоит у порога, за которым ждет его страшная угроза энергетического голода. И вся надежда связана с тем, что будет решена проблема, как использовать для энергетики тяжелую воду.

Все, что мы до сих пор говорили, касалось тех свойств, которые зависят от строения атомов, от их порядкового номера, от числа и расположения электрических зарядов в атомных ядрах и электронов в молекуле. Только это и определяет химическое поведение вещества. Строение молекулы не зависит от массы атомного ядра. Поэтому одинаковые молекулы с разным изотопным составом химически почти неразличимы.

Но сходство в свойствах изотопных соединений прекращается, когда вопрос касается кинетических и ядерных характеристик. Молекула, содержащая тяжелый изотопный атом, при той же температуре движется с меньшей скоростью, при столкновении таких частиц иначе протекает обмен кинетической энергией. А самое главное — это то, что изменяется способность вступать в ядерные превращения.

Вот эти-то свойства резко отличают тяжелую воду от любой другой воды с иным изотопным составом: ведь в ее состав входит тяжелый водород. В наши дни тяжелая вода успешно применяется в атомной энергетике для замедления нейтронов в ядерных реакторах.

Роль замедлителя в атомном котле очень важна. Когда ядро урана-235 распадается на два атомных ядра-осколка, из него одновременно вылетают два или три нейтрона. Скорость их огромна, она превышает 20 000 км/с. Эти быстрые нейтроны не могут сами вызвать новый распад в других атомах урана. Они пролетят мимо них с такой быстротой, что просто не успеют прореагировать. Нейтроны нужно замедлить примерно до 2,2 км/с, так, чтобы они пришли в равновесие с тепловым движением окружающих молекул. При этом энергия нейтронов должна уменьшиться почти в 60 млн. раз. Далеко не всякое вещество пригодно в качестве замедлителя. Выбор очень ограничен. Во-первых, оно не должно поглощать нейтроны, вступая само в ядерные реакции, а во-вторых, оно должно состоять обязательно из легких элементов с малыми массовыми числами. При соударении с тяжелым ядром скорость нейтрона почти не изменяется, точно так же как почти не изменяется скорость мяча, отскакивающего при ударе о стенку.

Самым лучшим замедлителем мог бы быть легкий водород, но он заметно поглощает нейтроны. Тяже­лый водород их почти не поглощает. Нейтрону, попавшему в тяжелую воду, достаточно всего 25 раз столкнуться с тяжелым водородом, чтобы потерять свою высокую энергию и приобрести способность взаимодействовать с ураном. Неплохой замедлитель — углерод в форме графита, но нейтрону в нем приходится испытывать около 110 столкновений, чтобы утратить начальную скорость.

Использование тяжелой воды в качестве замедлителя позволяет конструкторам создавать очень эффективные, а главное, легкие и компактные атомные энергетические установки, особенно для их применения на транспорте. Зачем еще нужна тяжелая вода? Чтобы исследовать механизм многих химических, физических и биологических процессов. Это, конечно, скромное, но очень важное применение тяжелой воды. Наверное, нет ни одного природного процесса, в котором не принимала бы участие вода или водород. Атомы тяжелого водорода наиболее важные меченые атомы. Их, как разведчиков в бой, направляют химики в исследуемую реакцию, чтобы проследить за ее ходом. В наши дни уже возникла и быстро развивается самостоятельная область науки — химия изотопного обмена. Наиболее важная ее задача — изучать с помощью дейтерия механизм химических реакций при получении органических соединений и исследовать их строение.


Как построена молекула воды?

Как построена одна молекула воды, теперь известно очень точно.

Она построена вот так:

Хhello_html_m166b83a1.jpgорошо изучено и измерено взаимное расположение ядер атомов водорода и кислорода и расстояние между ними. Оказалось, что молекула воды нелинейна. Вместе с электронными оболочками атомов т.е. геометрически взаимное расположение зарядов в молекуле воды можно изобразить в виде простого тетраэдра.

Такое строение ведет к возникновению необычайно сильного взаимного притяжения молекул воды друг к другу: каждая молекула воды может образовать четыре одинаковые водородные связи с другими молекулами воды.

Если взглянуть на молекулу воды «сбоку», можно было бы изобразить вот так:

hello_html_4f8c304c.jpg









Как же все-таки построены молекулы воды в воде?

К сожалению, этот очень важный вопрос изучен далеко не достаточно. Строение молекул в жидкой воде очень сложно. Когда лед плавится, его сетчатая структура частично сохраняется в образующейся воде. Молекулы в талой воде состоят из многих простых молекул — из агрегатов, сохраняющих свойства льда. При повышения температуры часть их распадается, их размеры становятся меньше.

Взаимное притяжение ведет к тому, что средний размер сложной молекулы в жидкой воде значительно превышает размеры одной молекулы воды. Такое необычайное молекулярное строение воды обусловливает ее необычайные физико-химические свойства.


Занятия № 2-3

Парадоксы воды.

Двуликая вода.


Цели :

- используя учебный материал курсов физики, химии, географии, биологии расширить представления о воде;

- обеспечить условия для применения знаний при объяснении физических и химических явлений в природе;

- содействовать формированию основных мировоззренческих идей: причинно-следственных связей между составом, строением и свойствами, познаваемости мира и его закономерностей.



1. Парадоксы воды.


Аномальные свойства воды.


На первый взгляд, вода кажется очень простым соединением, состоящим из атомов водорода и кислорода. На самом деле это самое аномальное вещество в мире.

Свойства столь привычного для нас вещества, каким является вода, во многом необычны и не подчиняются общим закономерностям. В свойствах воды много отклонений.

Некоторые аномалии в свойствах воды:


  1. Воду трудно испарить.

Ее удельная теплота испарения выше, чем у всех известных веществ.

В природе вода находится в трех фазовых состояниях: жидком, газообразном (пар) и твердом (лед). Содержание пара в атмосфере определяется давлением и температурой воздуха. За минуту солнце испаряет на Земле около миллиарда тонн воды. Вода поглощает в своем тонком верхнем слое почти всю энергию попадающих на нее солнечных лучей и испаряется. Молекулы воды исключительно просты в своем строении и вместе с тем необычайны, отличны от всех других молекул. Они сильно притягиваются друг к другу благодаря силам межмолекулярного притяжения за счет дополнительных водородных связей. Солнцу приходится затрачивать очень много энергии, чтобы разделить молекулы воды, чтобы превратить ее в пар. Нет ни одного вещества, у которого бы удельная теплота испарения была бы больше, чем у воды. Восходящими потоками воздуха вода поднимается в верхние слои атмосферы, где, по расчетам, содержится 13800км3 парообразной воды.

Вода — лучший теплоноситель. Ничто не может сравниться с ней. Ничто не может лучше работать в паровых турбинах электростанций, в цилиндрах паровых двигателей.

Вода — гигантский двигатель и в природе. Метеорологи подсчитали, что Солнце испаряет на Земле за одну минуту миллиард тонн воды. Каждую минуту миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими потоками нагретого воздуха поднимается в верхние слои атмосферы. Каждый грамм водяного пара уносит с собой 537 калорий солнечной энергии.

На большой высоте, где давление мало, воздух расширяется, его температура сильно понижается и водяной пар конденсируется, снова превращаясь в воду — ее мельчайшие капельки образуют облака. Масса 1 км3 облаков составляет 2000 т. Каждую минуту водяной пар отдает атмосфере Земли колоссальную энергию -2,2 • 1010 Дж. Эта энергия приводит в движение огромные массы воздуха, которые переносят сотни миллиардов тонн воды в облаках на тысячи километров. За счет этой энергии дуют ветры, рождаются разрушительные бури, ураганы и тайфуны. Благодаря потокам воздуха в атмосфере происходит орошение влагой поверхности Земли.


2. У воды необычно высокая температура кипения.


Пhello_html_31d0fef0.pngри какой температуре вода должна кипеть?

Этот вопрос, конечно, странен. Ведь вода кипит при нормальном атмосферном давлении при ста градусах. Это знает каждый. Больше того, всем известно, что именно температура кипения воды при этих условиях и выбрана в качестве одной из опорных точек температурной шкалы Цельсия, условно обозначенной 100° С.

Однако вопрос поставлен иначе: при какой температуре вода должна кипеть? Ведь температуры кипения различных веществ не случайны. Они зависят от положения элементов, входящих в состав их молекул, в периодической системе Менделеева.

Если сравнивать между собой одинаковые по со­ставу химические соединения различных элементов, принадлежащих к одной и той же группе таблицы Менделеева, то легко заметить, что чем меньше атомный номер элемента, чем меньше атомная масса, тем ниже температура кипения его соединений.

hello_html_5201274a.jpg

Если проследить за температурами их кипения и сопоставить, как изменяются температуры кипения гидридов в других группах периодической системы, то можно довольно точно определить температуры кипения любого гидрида, так же как и любого другого соединения. Сам Менделеев таким способом предсказывал свойства химических соединений еще не открытых элементов.

hello_html_m31856594.jpg

Температуры плавления и кипения воды гораздо выше, чем можно было бы ожидать исходя из закономерностей изменения этих параметров в ряду однотипных водородных соединений элементов главной подгруппы VI группы Н20 - H2S - H2Se - H2Те, где температуры плавления и кипения с увеличением относительной молекулярной массы возрастают. В соответствии с этой закономерностью вода должна замерзать около -100°С, кипеть - около

-80°С.

Для того чтобы объяснить эту аномалию воды, познакомимся с особенностями строения ее молекул. При образовании молекулы воды происходит гибридизация атомных орбиталей кислорода. два неспаренных электрона атома кислорода образуют две ковалентные полярные связи О—Н, две электронные пары остаются неподеленными.

Это приводит к некоторой асимметрии расположения гибридных орбиталей в пространстве. Именно поэтому валентный угол НОН в молекуле воды равен 104,5°. Электронная плотность связи ОН сильно смещена к более электроотрицательному атому кислорода, и ядро атома водорода (протон) почти лишается электронного облака. Обладая ничтожно малыми размерами, протон способен проникать в электронные оболочки электроотрицательных атомов соседних молекул. Такую связь называют водородной. Каждая молекула воды за счет двух электронных пар и двух атомов водорода образует четыре водородные связи. Энергия водородной связи в воде 25 кДж/моль. Прочность четырех водородных связей соизмерима с прочностью ковалентной связи. Все молекулы воды за счет водородных hello_html_m17b18ff7.pngсвязей объединены в единый полимер. Благодаря очень малому радиусу протона силы взаимодействия между ее молекулами столь велики, что разделить их очень трудно, поэтому вода кипит и плавится при аномально высоких температурах. Кроме воды в значительно меньшей степени аномальными свойствами обладают аммиак и фтористый водород. Ассоциация молекул, затрудняющая их отрыв друг от друга, и служит причиной аномально высоких температур плавления и кипения воды.

Ассоциированные молекулы воды в пространстве выстраиваются в строго определенном порядке, напоминающем ажурную структуру с пустотами. Молекулы воды образуют слои, в которых каждая молекула связана с тремя молекулами того же слоя и с одной молекулой из соседнего слоя. Такое же строение имеет и молекулярная кристаллическая решетка льда. Размеры пустот превышают размеры молекул воды.

Следовательно, вода кипит приблизительно на сто восемьдесят градусов выше, чем должна кипеть. Температура кипения воды — это наиболее обычное ее свойство — оказывается необычайным и удивительным.

Попробуйте теперь представить себе, что наша вода потеряла вдруг способность образовывать сложные, ассоциированные молекулы. Тогда она, вероятно, должна была бы кипеть при той температуре, какая ей положена в соответствии с периодическим законом. Что бы тогда стало на нашей Земле? Океаны внезапно закипят. На Земле не останется ни одной капли воды, а на небе никогда не сможет больше появиться ни одного облачка... Ведь в атмосфере земного шара температура нигде не падает ниже минус 80 — минус 90°С.

Из того, что температура плавления и кипения гидрида кислорода — его аномальное свойство, следует, что в условиях нашей Земли жидкое и твердое состояния его также аномалии. Нормальным должно было бы быть только газообразное состояние воды.

Невозможным жителям невозможного мира, в котором все свойства воды были бы «нормальны», пришлось бы строить специальные сложные машины, чтобы сжижать такую воду, подобно тому как это делаем мы, получая жидкий кислород.

Самые обычные свойства воды оказываются необычайными и удивительными, если как следует с ними познакомиться и хорошо в них разобраться.


3. Весьма редкое свойство воды проявляется при ее превращении из жидкого состояния в твердое. Этот переход связан с увеличением объема, и, следовательно, с уменьшением плотности.

Пhello_html_35d95886.pngлотность льда меньше плотности воды, поэтому он не тонет. При плавлении льда разрушается лишь часть межмолекулярных связей, поэтому при температуре, близкой к О°С, жидкая вода содержит как остатки структуры льда, так и оторвавшиеся от них молекулы воды, которые размещаются в пустотах. Этим достигается более плотная упаковка молекул. Вследствие этого плотность воды в интервале от 0 до 4°С повышается. При 4°С плотность воды наибольшая.

Расстояние между атомами кислорода соседних молекул льда равно 0,276 нм. С повышением температуры вследствие теплового движения молекул воды среднее расстояние между атомами кислорода увеличи­вается. При 15°С оно достигает 0,290 нм, а при 83°С — 0,305 нм. Плотность воды, соответственно, понижается.

Имея структуру, сходную со строением кристаллической решетки алмаза, вода обладает свойствами твердых тел. Ничего странного нет в том, что полноводные реки промывают глубокие ущелья или широкие долины в крепчайших породах. Образовавшиеся за миллионы лет обширнейшие равнины на десятки километров в глубину состоят из осадочных пород — продукта работы древних рек.

При очень быстром ударе стальным бойком по тонкой струйке воды она рассыпается на осколки, подобно стеклянной или кварцевой палочке. Свойства воды как твердого тела широко используют в промышленности. Струя воды, вытекающая из небольшого отверстия с большой скоростью (давление в водяной камере свыше 1000 атм.), режет камень или стальной лист.

Считается, что вода не сжимается. Однако на глубине 10 км плотность морской воды на 4 % больше. Расчеты показывают, что если бы вода была совершенно несжимаема, уровень океана поднялся бы на 30 м. В отличие от ковалентных водородные связи при сильном сжатии (давлении) не разрушаются.


Сколько существует жидких состояний воды?

hello_html_m7ec3ab1e.jpgНа такой вопрос не так просто ответить. Конечно, тоже одно — привычная нам всем жидкая вода. Но вода в жидком состоянии обладает такими необыкновенными свойствами, что приходится задуматься: правилен ли такой простой, казалось бы, не вызывающий никаких сомнений ответ? Вода — единственное в мире вещество, которое после плавления вначале сжимается, а затем по мере повышения температуры начинает расширяться. Примерно при 4°С у воды наибольшая плотность. Эту редкостную аномалию в свойствах воды объясняют тем, что в действительности жидкая вода представляет собой сложный раствор совершенно необычайного состава: это раствор воды в воде.

При плавлении льда сначала образуются крупные сложные молекулы воды. Они сохраняют остатки рыхлой кристаллической структуры льда и растворены в обычной низкомолекулярной воде. Поэтому сначала плотность воды низкая, но с повышением температуры эти большие молекулы разрушаются, и поэтому плотность воды растет, пока не начинает преобладать обычное тепловое расширение, при котором плотность воды снова падает. Если это верно, то возможно несколько состояний воды, только их никто не умеет разделить. И пока неизвестно, удастся ли когда-нибудь это сделать.

Такое необычайное свойство воды имеет огромное значение для жизни. В водоемах перед наступлением зимы постепенно охлаждающаяся вода опускается вниз, пока температура всего водоема не достигнет 4°С. При дальнейшем охлаждении более холодная вода остается сверху, и всякое перемешивание прекращается. В результате создается необычайное положение: тонкий слой холодной воды становится как бы «теплым одеялом» для всех обитателей подводного мира. При 4°С они чувствуют себя явно неплохо.



4. Способность воды расширяться при замерзании приносит много хлопот в быту и технике. Практически каждый человек был свидетелем того, что замерзшая вода разрывает стеклянную емкость, будь то бутылка или графин. Гораздо большую неприятность доставляет промерзание водопровода, так как при этом почти неизбежным результатом являются лопнувшие трубы. По этой же причине в предстоящую морозную ночь вода сливается из радиаторов охлаждения автомобильных двигателей.

Поскольку вода при замерзании увеличивается в объеме, то в соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления должно приводить к плавлению льда. Действительно, это наблюдается на практике. Хорошее скольжение коньков на льду обусловливается именно этим обстоятельством. Площадь лезвия конька невелика, поэтому давление на единицу площади большое и лед под коньком подплавляется.

Интересно, что если над водой создать высокое давление и затем ее охладить до замерзания, то образующийся лед в условиях повышенного давления плавится не при О°С, а при более высокой температуре.

Не содержащая твердых частиц вода может оставаться в переохлажденном жидком состоянии до -70°С. Легкое сотрясение приводит к мгновенной кристаллизации переохлажденной воды, которая сопровождается выделением большого количества энергии (335 кДж/кг). При этом температура льда подскакивает до О°С. Мгновенное выделение энергии — взрыв — может иметь разрушительные последствия.

С повышением давления температура замерзания воды понижается приблизительно на 1°С через каждые 130 атм. При давлении 2200 атм температура замерзания равна -22°С. Однако дальнейшее увеличение давления приводит к росту температуры замерзания: при давлении 6380 атм она равна О°С, при 16 500 атм - +76°С, при 3 ГПа (примерно 30 000 атм) - +190°С («горячий лед»).


5. Из всех природных твердых и жидких веществ вода обладает наибольшей теплоемкостью.

Это делает воду, при том ее количестве, которое имеется на Земле, планетарным аккумулятором тепла, а с учетом круговорота воды, охватывающего все подразделения биосферы, и планетарным переносчиком тепла.

Вода — мощный тепловой стабилизатор, обеспечивающий устойчивый климат на планете в течение тысячелетий. Парниковый эффект, обусловленный присутствием в атмосфере водяного пара и углекислого газа, обеспечивает среднегодовую температуру у поверхности Земли порядка 15°С, при этом на долю водяного пара приходится 60 % теплового излучения, отражаемого земной поверхностью. Уменьшение содержания водяного пара в атмосфере наполовину вызвало бы понижение температуры у поверхности Земли до катастрофического значения - 5°С. К счастью, в отличие от углекислого газа, содержание которого в атмосфере за счет антропогенных выбросов возрастает (происходит усиление парникового эффекта), содержание водяного пара в атмосфере, обусловленное глобальным геобиохимическим круговоротом воды в биосфере, достаточно стабильно.

Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходима одна калория, или 4,19 Дж. Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого химического соединения.

Вода — вещество, необычайное даже в самых обыденных для нас свойствах. Конечно, эта особенность воды имеет очень большое значение не только при варке обеда на кухне. Вода — это великий распределитель тепла на Земле. Нагретая Солнцем под экватором, она переносит тепло в Мировом океане гигантскими потоками морских течений в далекие полярные области, где жизнь возможна только благодаря этой удивительной особенности воды.




6. Поверхностное натяжение воды выше, чем у всех других жидкостей (кроме ртути).


Какую форму имеет вода?

Хотя этот вопрос может показаться странным, но он задан совершенно правильно. Вода обладает собственной формой, как и любая другая жидкость. Ее форма — шар. Утверждение учебников, что вода принимает форму сосуда, а собственной не имеет, неверно. Ее собственная форма на Земле обычно искажена земным притяжением.

Но что воде свойственна форма шара, в этом очень легко убедиться — достаточно слетать на космическом корабле в космос и вытряхнуть там воду из бутылки. Можно увидеть это и на Земле: посмотрите на падающую каплю или выдуйте хороший мыльный пузырь. В этих случаях действие веса исключено и вода принимает собственную форму.

Сферическая форма воды связана с поверхностным натяжением, которое обусловлено способностью молекул воды сцепляться (когезия). Это сцепление молекул вызвано водородными связями. Молекулы воды в поверхностном слое испытывают действие сил межмолекулярного притяжения только с одной стороны.


Можно ли бегать по поверхности воды?

Можно. Чтобы в этом убедиться, посмотрите летом на поверхность любого пруда или озера. По воде не только ходит, но и бегает немало живого и быстрого народца. Многие насекомые (водомерки, многохвостки и др.) легко скользят по поверхности воды. Маленькие улитки — прудовики и катушки — ползают по внутренней стороне пленки, как по твердой поверхности, в поисках пищи. Если учесть, что площадь опоры лапок у этих насекомых очень мала, то нетрудно понять, что, несмотря на их небольшую массу, а следовательно, и небольшой вес, поверхность воды выдерживает, не прорываясь, значительное давление.

Поверхностное натяжение воды очень высокое0,073 Н/м при 20 °С. По прочности на разрыв струя воды не уступает стальной проволоке того же сечения.

Это объясняется исключительно большим поверхностным натяжением воды. Молекулы воды на ее поверхности испытывают действие сил межмолекулярного натяжения только с одной стороны, а у воды это взаимодействие аномально велико. Поэтому каждая молекула на ее поверхности втягивается внутрь жидкости. Молекулы, находящиеся во внутренних слоях, стараются втянуть молекулы наружного слоя внутрь, и вследствие этого образуется упругая внешняя пленка, благодаря которой некоторые предметы (например, стальная иголка) могут лежать на поверхности воды, слегка ее прогибая.


Может ли вода течь вверх?

Да, может. Это происходит всегда и повсеместно. Сама поднимается вода вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вода вверх - по капиллярным сосудам дерева к помогает растению доставлять растворенные питательные вещества на большую высоту — от глубоко скрытых в земле корней к листьям и пло­дам. Сама движется вода вверх в порах промокательной бумаги, когда вам приходится высушивать кляксу, или в ткани полотенца, когда вытираете лицо. В очень тонких трубочках — капиллярах — вода может подняться на высоту до нескольких метров.

.


7. Адгезия воды.


Еще одно интересное свойство воды - способность смачивать поверхность твердого тела, «прилипать» к ней (адгезия). Если поверхность хорошо смачивается водой, например обезжиренное стекло, то вода растекается по ней сплошной пленкой, если не смачивается, то собирается каплями. Хорошо смачиваются вещества, с молекулами которых вода образует водородные связи. Это могут быть неорганические соединения с ионной и ковалентной полярной связью: кислоты, щелочи, соли, а также органические вещества, содержащие группы ОН, NH2, и т. д. Как правило, хорошо смачиваемые неорганические вещества в воде растворяются и распадаются на ионы — диссоциируют. Несмачиваемые вещества практически не растворяются.


Почему вода «мокрая»?

Вода не очень «мокрая», если считать, что этот шутливый вопрос относится к способности воды смачивать другие тела. Большинство жидкостей гораздо «мокрее» воды. Вода с трудом смачивает металлы, совершенно не смачивает жирные поверхности. Водой не намочишь парафин. Капли воды скатываются с поверхности многих полимерных материалов: тефлона, полиэтилена и др. Спирт же, например, или керосин очень хорошо смачивают почти любые тела. Это объясняется тем, что силы взаимодействия между молекулами воды так велики, что вода собирается в капли там, где другие жидкости растекаются. Это свойство воды причиняет много огорчений в обыденной жизни и в технике: загрязненные жиром или маслами руки водой не отмоешь. Из-за этого и было изобретено мыло. Химиками было синтезировано много специальных веществ — «смачивателей», чтобы воду сделать «мокрее».


А «сухой» вода может быть?

Оказывается, может. Для этого нужно к обычной воде добавить совсем немного тонко размельченного порошка несмачиваемой кремниевой кислоты. Вода сразу становится сухой и сыпучей. Ее можно пересыпать, перевозить в пакетах; даже на ощупь такая вода совсем не влажная, а сухая и холодная.


8. Текучесть воды.


Вода — весьма подвижная жидкость. Высокую текучесть воды можно объяснить тем, что пустоты ее ажурной структуры заполнены отдельными молекулами, которые легко встраиваются в вакансии кристаллической решетки, не нарушая водородных связей, а также легко могут переходить из кристаллической решетки в пустоты ажурной структуры. Кристаллические структуры воды и льда почти одинаковы. Силы межмолекулярного притяжения в молекулярной решетке льда менее прочны, чем ковалентные связи. При нагрузках на лед происходит его медленная деформация — смещение слоев без разрушения кристаллической структуры. Поэтому лед тоже течет. Ледники текут со скоростью 1 м в 10 суток, иногда их скорость может достигать сотни метров в сутки.

В то же время сотовая структура льда придает ему высокую механическую прочность на сжатие. Изо льда строят надежные дороги, переправы, взлетно-посадочные площадки.


9. Чистая дистиллированная вода почти не электропроводна.


Видел ли хоть кто-нибудь воду?

Этот вопрос может показаться нелепым. Однако если быть строгим и точным в ответах, то придется сказать, что нет — воду пока еще, наверное, никто не видел и не держал в руках. То, что налито в стакане и что мы по привычке называем водой, на самом деле всегда представляет собой раствор очень многих веществ в воде. В ней растворены газы: азот, кислород, аргон, углекислота — и все примеси, находящиеся в воздухе. В ней растворены, наверное, сотни, а может быть, и тысячи различных соединений почти всех элементов периодической системы. В ней взвешены мельчайшие нерастворимые частицы пыли. Это мы и называем чистой водой.

Много ученых работает над решением трудной проблемы получения абсолютно чистой воды. Но пока еще получить такую воду не удалось. Да и как это сделать: налитая в стакан вода растворяет стенки стакана, соприкасаясь с любым газом, она растворяет газ.

Очень тщательно очищенная и освобожденная от газов вода приобретает совершенно необычайные свойства: ее можно перегреть на десятки градусов выше точки кипения — она не закипит, ее можно очень сильно переохладить — она не замерзнет.



  1. Двуликая вода (химические свойства воды).


Вода — весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочноземельными металлами, например:

Н2О + Na2O = 2NaOH 2H2O + Li = 2LiOH + Н2

Н2О + SO2 = H2SO3 2H2O + Ca = Ca(OH)2 + H2

Вода образует многочисленные соединения — гидраты (кристаллогидраты).

Например:

Н2О + H2SO4 = H2SO4 · Н2О 10Н2O+ Na2CO3 = Na2CO3· 10Н2O

Н2О + NaOH = NaOH · Н2О 5Н2O + CuSO4 = CuSO4 · 5Н2О

Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей.

К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения (см. гидролиз солей).

Таким образом, вода взаимодействует как с основными оксидами, металлами, так и с кислотными оксидами и кислотами, проявляя при этом амфотерные свойства.


Вода – амфотерное соединение.


Согласно протолитической теории Бренстеда-Лоури (1923г.) кислоты представляют собой вещества или ионы, которые отдают протоны, т.е. являются донорами катионов водорода, а основания – это вещества или ионы, которые присоединяют протоны, т.е. являются акцепторами катионов водорода.

В рамках этой теории вода рассматривается и как кислота, и как основание, т.е. проявляет амфотерные свойства. Вода незначительно диссоциирует:

Н2О ↔ Н+ + ОН-

В равновесии с уксусной кислотой вода ведет себя как основание:

СН3СООН + Н2О ↔ СН3СОО- + Н3О+

hello_html_m244abe8c.gif

В равновесии же с аммиаком она выступает в роли кислоты:

NH3 + HOHNH4+ + OH-


Может ли вода проявлять свойства окислителя или восстановителя? Приведите примеры реакций.

  • Вода как восстановитель


а) 2F20 + 2H2O → 4HF-1 + O20 (при обычных условиях)


Fhello_html_m262ea49d.gifhello_html_m262ea49d.gif20 + 2ē → 2F-1 2

ок-ль 4

-2 - 4ē → O20 1

в-ль



hello_html_m1b9dbe45.gif

б) 2Cl20 + 2H2O-2 4HCl-1 + O20

hello_html_4676eb89.gif4ē



  • Вода как окислитель


а) 2Na0 + 2H2+1O = 2Na+OH + H20

Nhello_html_m262ea49d.gifhello_html_m262ea49d.gifa0 – ē → Na+ 2

в-ль 2

2H+ + 2ē → H20 1

о-ль


б) Mg0 + H2+O = Mg+2O + H20


Mhello_html_m262ea49d.gifhello_html_m262ea49d.gifg0 - 2ē → Mg+2 1

в-ль 2

2H+ + 2ē → H20 1

о-ль



в) СаН2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2Н2


hello_html_45d198d4.gif

г) С + Н2О СО + Н2

кокс пары водяной газ



Ni

д) СН4 + Н2О = СО + 3Н2

1300



  • Вода как окислитель и восстановитель


ток

2+1О-2 → 2 H20 ↑ + O20


2hello_html_m262ea49d.gifhello_html_m262ea49d.gifH+ + 2ē → H20 1

вос-ль 2

2О - 2ē → O2 1

о-ль


Учащимся предлагаются отрывки из научно-популярной литературы, в которых описываются те или иные физические свойства воды. Они должны заполнить пропуски (назвать эти свойства) и рассказать об их значении.

«От воды зависит климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. У нее очень большая ... , нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдает его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла и тем самым выравнивает климат. А от космического холода предохраняют Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере — в облаках и в виде паров».

«Самая замечательная роль океана в том, что он является огромным своеобразным термостатом: летом не дает Земле перегреться, а зимой постоянно снабжает континенты теплом. Страны, окруженные океаном, обладают мягким морским климатом, и перепады в температуре там в различные сезоны бывают не очень значительными. Но, постоянно удаляясь от побережья в глубь континента, можно наблюдать все большую контрастность температур».

«Известно, что если стальную иголку положить на поверхность воды, налитой в блюдце, то иголка не тонет. А ведь плотность металла значительно больше плотности воды. Молекулы воды связаны силами .... Вода в свободном состоянии принимает шарообразную форму (капли дождя, мыльный пузырь и т. д.). Силы... настолько велики, что две смоченные водой пластинки из стекла удается разъединить, прилагая большие усилия. Благодаря большому ... вода легко поднимается по капиллярным каналам на поверхность Земли, движется в тканях растений и в клетках живых организмов. Из всех известных в настоящее время жидкостей она уступает только ртути».

«Скрытая ... и теплота парообразования играют исключительно важную роль в системе «атмосфера — гидросфера — литосфера». Таяние льда и снега связано с огромными тепловыми затратами, поэтому процесс этот происходит постепенно, и паводковые воды, как правило, сходят медленно, не причиняя ущерба. Лишь в исключительных случаях, когда температура воздуха весной резко повышается, процесс таяния становится таким интенсивным, что приводит к наводнениям, которые приобретают порой угрожающие масштабы».

«Аномально большую скрытую... льда мы широко используем, даже не догадываясь об этом, в нашей повседневной жизни. Например, в жаркие летние дни многие охлаждают фруктовые напитки и соки кусочками льда, полагая, что это обусловлено температурой самого льда, а не скрытой .... А на самом деле на таяние льда требуется энергия, которая берется из окружающей среды, за счет этого и происходит охлаждение».

Занятие № 5, 6

Задачи для будущих фармацевтов и химиков-аналитиков.



Цели:

- продолжить формирование понятия растворов;

- закрепить умения пользоваться понятиями «массовая доля растворенного вещества»;

- познакомить учащихся с другими способами количественной характеристики состава раствора – молярной и нормальной концентрацией и научить пользоваться этими понятиями при решении задач.



Для выражения состава раствора используют количественные характеристики растворов, или концентрации:


  • массовая доля растворенного вещества

m

ω=

· 100%;

(р.в.)

m(р-ра)



  • объемная доля растворенного вещества (используется для газовых смесей)

V

φ=

· 100%;

(р.в.)

V(р-ра)



  • мольная доля растворенного вещества

χ=

· 100%;

n (р.в.) /

n (р.в.) + n(р-ра)



  • молярная концентрация

n

Cм=

hello_html_134843b4.gifhello_html_3e2f0b10.gif (р.в.) моль

V(р-ра) л





  • нhello_html_3e2f0b10.gifhello_html_134843b4.gifормальная или эквивалентная концентрация

n

Cн=

эквивалентов (р.в.) моль · экв

V(р-ра) л




Задачи на определение массовой доли растворенного вещества



1. Фармацевт взял 20,0 г иодида калия и растворил его в 380 мл воды. Вычислите массовую долю растворенного вещества (в %) в полученном растворе.


Решение:

Так как

ρ (Н2О) = 1 кг/л,

V2О) = m2О)

и m2О) = 380 г.


Масса раствора иодида калия :

m(р-ра) = m(в-ва) + m20);

m(р-ра) = 380 г + 20 г = 400 г.


Массовая доля растворенного вещества (в %):

m

w(в-ва)=

· 100%;

(в-ва)

m(р-ра)


w(KI)=

· 100% = 5%

20 г

400 г


Ответ: wI) = 5 %.




2. Фармацевт приготовил раствор, в 170 мл которого по рецепту содержится 40 г хлорида кальция. Плотность раствора 1,177 г/мл. Вычислите массовую долю растворенного вещества (в %) в полученном растворе.


Решение:

Масса раствора хлорида кальция:

m (р-ра) = V (р-ра) • ρ;

m (р-ра) = 170 мл • 1,177 г/мл = 200,1 г.


Массовая доля растворенного вещества (в %) :

m

w(CaCl2)=

· 100%;

(CaCl2)

m(р-ра)


w(CaCl2)=

· 100% = 20%.

40 г .

200,1 г



Ответ: w (СаС12) = 20 %.



Задачи на нахождение молярной концентрации вещества.


1. Химик-аналитик взял мерную колбу на 250 мл, налил в нее немного воды, растворил 1,7 г нитрата серебра и довел объем раствора до 250 мл. Вычислите молярную концентрацию вещества.


Решение:

Количество вещества находим по формуле:

n=

m

M

M (AgNO3) = 170 г/моль;


n(AgNO3)=

= 0,01 моль.

1.7 г .

170 г/моль


Молярная концентрация нитрата серебра в растворе:

n

с(AgNO3)=

(AgNO3)

V


с(AgNO3)=

= 0,04 моль/л.

0,01 моль

0,25 л


Ответ: с = 0,04 М.




2. Для электрофореза фармацевту необходимо приготовить 200 мл 0,2 М раствора иодида калия. Вычислите массу иодида калия, пошедшего на приготовление данного раствора.


Решение:


Количество вещества находят по формуле:

n= c·V

nI) = 0,2 моль/л • 0,2 л = 0,04 моль.


Масса иодида калия, пошедшего на приготовление данного раствора:


mI) = МI) • nI);

МI) = 166 г/моль;

m(KI) = 166 г/моль • 0,04 моль = 6,64 г.



Ответ: mI) = 6,64 г.




Задачи на нахождение молярной концентрации эквивалента (нормальной концентрации раствора).



1. Вычислите массу сульфата натрия, взятого для приготовления 150 мл 0,2н. раствора данной соли.


Решение:

В аналитической химии используется следующая формула нахождения навески (точно взвешенной массы) вещества:

c

m(в-ва)=

(fX) · V · M(fX) ,

1000


где m(в-ва) - точная масса данного вещества;

с(fХ) - молярная концентрация эквивалента;

V - объем данного раствора, мл;

М(fХ) - молярная масса эквивалента данного вещества.


Вычисляем молярную массу эквивалента сульфата натрия:


M

M(l/2 Na2SO4)=

=

= 71 г/моль.

(Na2SO4) 142 г/моль

2 2


Подставив в формулу соответствующие значения, находим массу сульфата натрия:


0

m(Na2SO4)=

= 2,13 (г).

.2 · 150 · 71

2


Ответ: m(Na2SO4) = 2,13 г.




2. Химик-аналитик установил, что после полной нейтрализации в 80 мл раствора содержалось 0,245 г серной кислоты. Определите молярную концентрацию эквивалента серной кислоты.


Решение:

Находим молярную массу эквивалента серной кислоты:

9

= 49 г/моль.

М(1/2Н2SO4)=

8 г/моль

2


По формуле, указанной в предыдущей задаче, находим величину молярной концентрации эквивалента:

m

c(1/2Н2SO4)=

(H2SO4) • 1000

V · M(1/2Н2SO4)


c(1/2Н2SO4)=

= 0,06 н.

0,245 г · 1000

80мг · 49 г/моль


Ответ: c(l/2H2SO4) = 0,06 н.



Задачи на определение концентрации раствора, полученного при растворении кристаллогидратов



1. Химику-аналитику необходимо приготовить 200г 5%-ного раствора сульфата меди(II) из имеющегося в лаборатории кристаллогидрата CuSO4•5Н2О. Вычислите массу кристаллогидрата CuSO4•5Н2О, пошедшего на приготовление данного раствора, если M(CuSO4) = 160 г/моль, a M(CuSO4•5Н2О) = 250 г/моль.


Решение

Массу безводной соли CuSO4 можно найти по формуле:

w

m(CuSO4)=

(CuSO4) · m(р-ра)

100 %


2

m(CuSO4)=

= 10 г.

00 г • 5 %

100 %


По стехиометрической схеме вычислим, какой массе кристаллогидрата соответствует 10 г безводной соли:

10 г х г

CuSO4CuSO4 • 5Н2О

1б0 г/моль 250 г/моль


1

х =

= 16 г.

0 г • 250 г/моль

160 г/моль


Ответ: m(CuSO4 • 5Н2О) = 16 г.



2. Химику-аналитику необходимо приготовить 500 мл 0,2 н. раствора карбоната натрия из имеющегося кристаллогидрата Na2CO3•10Н2О. Вычислите массу кристаллогидрата, пошедшего на приготовление данного раствора, если M(Na2CO3•10Н2О) = 286 г/моль.


Решение:

Молярная масса эквивалента кристаллогидрата:

2

M(1/2Na2CO3•10Н2О)=

= 143 г/моль.

86 г/моль

2


По указанной выше формуле вычисляем массу кристаллогидрата, пошедшего на приготовление данного раствора:

m(Na2CO3•10Н2О) = 0,2 моль/л · 143 г/моль · 0,5 л = 14,3 г.


Ответ: m(Na2CO3•10Н2О) = 14,3 г.




Задачи на правило «креста»



1. Фармацевт взял 120 г 8%-ного раствора хлорида натрия и прилил его к 2%-ному раствору той же соли, получив 6%-ный раствор. Вычислите массу 2%-ного раствора, взятого фармацевтом.


Решение:

Составляем диагональную схему в общем виде, а потом для конкретных значений данной задачи:


mhello_html_m59746ced.gif(p-pa1) w(p-pa1) w(p-pa3) - w(p-pa2)

hello_html_5ae40726.gif

w(p-pa3)





m(p-pa2) w(p-pa2) w(p-pa1) - w(p-pa3)


Из полученной схемы получаем соотношение:



m

=

(p-pa1) w(p-pa3) - w(р-ра2)

m(p-pa2) w(p-pa1) - w(p-pa3)


Подставляем числовые значения для данной задачи:

  1. 8hello_html_77b2d1e0.gifhello_html_7de6a3b8.gif 4

6





m(p-pa2) 2 2


Получаем пропорцию:

120 . 4 .

m(p-pa2) 2 ,

тогда

= 60 г.

m(р-ра2)=

120 · 2

4



Ответ: фармацевту необходимо взять 60 г 2%-ного раствора.



2. Химик-аналитик взял 250 мл 0,4 М раствора серной кислоты и прилил к 150 мл 0,1 М раствора серной кислоты. Вычислите молярную концентрацию кислоты в полученном химиком-аналитиком растворе.


Решение:

Составляем диагональную схему, в которой х — молярная концентрация кислоты в растворе:

2hello_html_354c087a.gifhello_html_4e503171.gif50 0,4 х - 0,1

х





150 0,1 0,4 - х


Составляем пропорцию:

2

=

50 х - 0,1

150 0,4 – х


х = 0,3 моль/л.


Ответ: молярная концентрация кислоты в полученном химиком-аналитиком растворе равна 0,3 моль/л.




Расчетные задачи для самостоятельного решения (по желанию).


  1. Фармацевт получил задание приготовить глазные капли, представляющие собой водный раствор сульфата цинка и борной кислоты (массовая доля сульфата цинка — 0,25%, борной кислоты — 2%). Определите массы сульфата цинка и борной кислоты, которые необходимы фармацевту для приготовления капель, если дистиллированной воды он взял 200 мл. (Ответ: 0,508 г сульфата цинка, 4,092 г борной кислоты.)


  1. Порошок «Регидрон» используют при обезвоживании организма. Одна доза порошка содержит 3,5 г хлорида натрия, 2,5 г хлорида калия, 2,9 г цитрата натрия и 10 г глюкозы. Перед употреблением дозу растворяют в 1 л воды. Определите массовые доли всех компонентов порошка «Регидрон» в полученном растворе. (Ответ: 0,34% хлорида натрия, 0,25 % хлорида калия, 0,28% цитрата натрия, 0,98% глюкозы.)


  1. АЦЦ - средство от кашля. Одна доза АЦЦ массой 3 г содержит 100 мг ацетилцистеина и 2,9 г сахарозы. Перед употреблением АЦЦ растворяют в 100 мл воды. Определите молярную концентрацию сахарозы в полученном растворе, если плотность раствора 1,01 г/мл. (Ответ: 0,08моль/л.)


  1. При изжоге и болях в желудке используют средство «Маалокс», содержащее в 100 мл суспензии 3,49 г гидроксида алюминия и 3,99 г гидроксида магния. Сколько молей гидроксидов попадает в организм человека при приеме 1 столовой ложки (15 мл) препарата? (Ответ: 0,017 моль.)


  1. Для обработки ран используют 5%-ный спиртовой раствор йода, содержащий 2% иодида калия. Для приготовления такого препарата используют 95%-ный раствор этанола. Определите массовую долю воды в спиртовом растворе йода. (Ответ: 4,65 %.)


6. При пониженной кислотности желудочного сока больным назначают разбавленную соляную кислоту, в которой массовая доля хлороводорода равна 8,2 % (р = 1,04 г/мл). В аптеке ее готовят из 37 %-ной соляной кислоты (ρ = 1,19 г/мл). Определите объем разбавленной кислоты, которую можно приготовить из 20 мл 37%-ной соляной кислоты. (Ответ: 103,27 мл.)


7. Больной получил внутривенно в качестве противоаллергического средства 10 мл 30%-ного раствора тиосульфата натрия (ρ = 1,2 г/мл). Сколько ионов натрия попало при этом в его организм? (Ответ: 2,74 • 1022 ионов.)


8. При язвенной болезни пациентам назначают пить 0,05%-ный раствор нитрата серебра. Суточная доза нитрата серебра составляет 0,1 г. На сколько дней больному хватит 2 л 0,05%-ного раствора нитрата серебра? Плотность этого раствора считать равной плотности воды. (О т в е т: на 10 дней.)


9. Шестиводный кристаллогидрат хлорида кальция, поступающий в аптеки, не используют для приготовления лекарств, так как он гигроскопичен и имеет непостоянный состав, что может привести к неточной дозировке. Из кристаллогидрата готовят 50%-ный раствор хлорида кальция, который в дальнейшем и применяют для приготовления лекарств. Определите массу кристаллогидрата, который потребуется для приготовления 50%-ного раствора, если в распоряжении фармацевта имеется 100 мл дистиллированной воды. Определите массы воды и 50%-ного раствора хлорида кальция, необходимых для приготовления 100 г 10%-ного раствора этого вещества. (Ответ: 7,35 кг; 80 г воды и 20 г раствора.)


10. Для рентгеноскопии желудка используют взвесь сульфата бария в воде. Сульфат бария получают из минерала витерита, состоящего, в основном, из карбоната бария. Рассчитайте массу 35%-ного раствора хлороводорода, который потребуется для полного растворения 100 г витерита, содержащего 5% некарбонатных примесей. Определите массу 20%-ного раствора сульфата натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария в виде сульфата из полученного раствора хлорида бария. (Ответ: 100 г; 342 г.)



Занятие № 10

Практическая работа по курсу « Химия и экология»

«Анализ воды из различных источников»



Цели работы:

1. Наглядно показать влияние различных факторов на качество воды, содержание в ней загрязнителей

2. Закрепление знаний учащихся по качественному определению катионов и анионов.

3. Закрепление навыков проведения химического эксперимента

4. Воспитание осознания личной ответственности каждого человека за состояние окружающей среды.


Для выполнения этой практической работы учащиеся приносят воду из различных источников: родники, водопровод, лужи (или снег) около автострады. Затем разбиваются на аналитические группы и делают анализы воды из различных источников. По следующим методикам.


Определение прозрачности

Мерный цилиндр установите на печатный текст и начните наливать в цилиндр исследуемую воду, следя за тем, чтобы можно было читать текст. Добавляя или отливая воду из цилиндра, найдите предельную высоту столба воды, при которой возможно чтение текста.


Определение рН

Сполосните стакан исследуемой водой и налейте в него немного исследуемой воды. Сухими чистыми руками возьмите одну полоску индикаторной бумаги и сравните с цветом шкалы. Запишите цифру, помещенную под наиболее подходящей к вашему образцу по цвету полоской. Это и есть полученное вами значение рН.


Определение наличия органических примесей

Налейте ½ пробирки исследуемой пробы воды. Добавьте 2-3 капли перманганата калия, до розового цвета. Нагрейте содержимое до кипения. При наличии органических примесей в воде появляются буро-коричневые хлопья оксида марганца, а цвет раствора меняется на желтовато-коричневый.

Запишите результат. Напишите уравнения происходящих реакций


Определение фосфатов

Налейте ½ пробирки исследуемой пробы. Добавьте несколько капель роданида железа (Ш). При наличии фосфатов образуется белый осадок фосфата железа, при этом кроваво красная окраска роданида железа (Ш) обесцвечивается.

Запишите результат. Напишите уравнения происходящих реакций



Определение хлорид ионов

Реагенты: нитрат серебра - 5%; азотная кислота (1: 4)

Условия проведения: рН < 7, комнатная температура.

Налейте ½ пробирки исследуемой пробы воды. Прибавьте 1-2 капли азотной кислоты и 2-3 капли раствора нитрата серебра. Белый осадок выпадает при концентрации хлорид ионов более 100 мг/л, помутнение раствора наблюдается, если концентрация хлорид ионов более 10 мг/л, опалесценция – более 1 мг/л. При добавлении избытка аммиака раствор становится прозрачным.

Запишите результат. Напишите уравнения происходящих реакций


Определение сульфат ионов

Реагенты: хлорид бария (BaCl2 х 2H2O) - 10%, соляная кислота (16 мл НCl (ρ=1,19) растворить в воде и довести объем до 100 мл)

Условия проведения реакции: рН<7, температура комнатная.

Налейте ½ пробирки исследуемой пробы воды. Добавьте 1-2 капли соляной кислоты и прилейте 0,25 мл раствора хлорида бария. При концентрации сульфат ионов более 10 мг/л выпадает белый осадок, если наблюдается опалесценция, то концентрация сульфат ионов более 1 мг/л.

Запишите результат. Напишите уравнения происходящих реакций


Определение сероводорода

Налейте ½ пробирки исследуемой воды. Добавьте несколько капель йода. При наличии сероводорода, буро-желтая окраска йода пропадет, а вода начнет опалесцировать (смотреть на белом фоне).

Запишите результат. Напишите уравнения происходящих реакций


Определение ионов железа

Регенты: тиоцианат аммония (20 г NH4CNS растворить в дистиллированной воде и довести до 100 мл); Азотная кислота (конц.); Перекись водорода (w=5%)

Условия проведения реакции: рН<3, температура комнатная.

Налейте ½ пробирки исследуемой пробы воды. Прибавьте 1 каплю концентрированной азотной кислоты, затем 1-2 капли пероксида водорода. Добавьте 5-6 капель желтой кровяной соли (гексацианоферрат(П) калия). При наличии ионов железа раствор приобретает синюю (зеленовато-синюю) окраску.

Запишите результат. Напишите уравнения происходящих реакций.


Определение ионов свинца

Реагенты: хромат калия – 10%

Условия проведения реакции: рН=7, температура комнатная, осадок нерастворим в воде, уксусной кислоте и аммиаке

Налейте ½ пробирки исследуемой пробы воды. Добавьте 0,5 мл хромата калия. Если выпадает желтый осадок, то содержание катионов свинца более 100 мг/л. Если наблюдается помутнение раствора, то концентрация катионов свинца более 20 мг/л, а при опалесценции – 0,1 мг/л.

Запишите результат. Напишите уравнения происходящих реакций.


Определение нитрат-ионов

Реагент: дифениламин (1г (C6H5)2NH растворить в 100 мл H2SO4 (ρ=1,84)).

Условия проведения реакции рН<7, температура комнатная.

К 1 мл пробы воды по каплям вводят реагент. Бледно-голубое окрашивание наблюдается при концентрации нитрат-ионов более 0,001 мг/л, голубое – более 1 мг/л, синее – более 100 мг/л.

Примечание: Методики по определению ионов описаны в журнале «Химия в школе» №3 за 1997 год, и методическом пособии Эндюськиной А.Н. «Исследование качества воды малых рек и других водоемов».

Результаты проведенных анализов воды из различных источников записываются в сводную таблицу. Затем учитель вместе с учениками обсуждает полученные результаты. Делаются соответствующие выводы, о присутствии в воде тех или иных ионов, а также о влиянии различных факторов, в том числе антропогенного характера, на их содержание. Для сравнения приводятся данные ПДК ионов. (Справочник предельно допустимых концентраций вредных веществ в пищевых продуктах и среде обитания. М.: Высшая школа, 1993).

Работа наглядно показывает наличие ионов свинца в воде около автострады, присутствие ионов железа в водопроводной воде и т.д., что дает возможность учащимся убедиться в практической значимости своих знаний по химии и сделать соответствующие выводы о влиянии загрязнений окружающей среды на качество воды.


Элективный курс "Известная и неизвестная вода"
  • Химия
Описание:

В программе средней общеобразовательной школы этому веществу уделяется недостаточное внимание. В большинстве школьных учебников по химии изложены краткие сведения о составе воды и ее свойствах. Мало уделяется внимания раскрытию связи между строением молекулы воды и ее свойствами; физическими и химическими явлениями в природе. Поэтому вполне закономерно в рамках элективного курса обратиться к воде как к одному из важнейших объектов изучения химии.

Содержание курса носит межпредметный характер и предполагает разнообразные виды деятельности учащихся: беседы, семинары, конференции, практические работы, уроки решения познавательных задач, лабораторные работы, экскурсии на очистные сооружения, а также самостоятельные проектные работы с использованием различных источников информации. Предложены разработки нескольких занятий. ( см Приложения)

Автор Мосиенко Валентина Владимировна
Дата добавления 08.07.2015
Раздел Химия
Подраздел Планирования
Просмотров 515
Номер материала 60220
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓