Методические особенности изучения темы "Гидросфера" в курсе дисциплин естественно-научного цикла

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 в

оды. 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).