Конференция "Вода, вода — кругом вода"

Цель: показать проявление общих закономерностей природы с точки зрения химии, физики, биологии на примере воды.

Задачи:

• рассмотреть это вещество и его строение с точки зрения физики, химии, биологии;

• раскрыть сущность воды, ее значимость физических, химических свойств;

• показать значение воды в жизни живого;

• рассмотреть вопрос необходимости охраны воды.

На доске эпиграф: “Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле”. (Леонардо да Винчи)

План конференции:

1. Организационный момент.

2. Физические свойства воды и ее аномалии.

3. Химические свойства воды и их объяснение с точки зрения химии.

4. Биологическое значение воды

5. Вода города/

6. Экологические проблемы воды города.

7. Анализ и очистка воды в бытовых условиях.

8. Подведение итогов конференции.

Домашнее задание: придумать герб водяного царства и представить его обоснование.

НАЧАЛО КОНФЕРЕНЦИИ

Слайд1

Звучит музыка и демонстрируется фрагмент видеофильма “Вода в природе”.

Слайд2

Ученик. Ни на одной планете нет такого количества воды, как на Земле. Вода повсюду. Она и вокруг нас: в океанах и морях, реках и озерах, в дожде и снеге, в льдинах и водопроводных трубах, в питье и в пище. Она и в нас самих: мы на 2/3 сделаны из воды. Вода занимает 3/4 поверхности Земли. Около 1/5 суши покрыто твердой водой (льдом и снегом), добрая половина ее всегда закрыта облаками, которые состоят из водяных паров и мельчайших капелек воды, а там, где никаких облаков нет, в воздухе всегда есть водяные пары.

Вода вылепила лицо нашей планеты. Вся земная жизнь рождена водой и не может существовать без нее. Мы дети воды.

На гербе “водяного царства” можно написать девиз “никому не уступлю”. Смысл его – велика роль воды в жизни Земли.

Вероятно, мало кто из вас задумывался над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно – ведь вода повсюду окружает нас, она очень обычна на нашей планете. Ну, а обычное никогда не кажется удивительным. Однако сама обыденность необычна. Ведь никакое другое вещество не встречается на Земле в таких количествах, да еще одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Так давайте зададимся вопросом: “Что же такое вода, и какова ее роль?”

ВЫСТУПЛЕНИЕ ФИЗИКОВ

1-й ученик (тема выступления: “Физические свойства воды”).

Молекула воды – это маленькая молекула, которая имеет крайне специфические свойства. Нельзя найти другой молекулы, имеющей столько аномалий. Но если бы не было хотя бы одной из них, то не было и самой жизни на планете.

Первая аномалия: воде по ее химической структуре положено плавиться и кипеть при низких температурах, которых на Земле не бывает. Не было бы, значит, на Земле ни твердой, ни жидкой воды. А был бы один пар. А она кипит при 100°С. Слайд3

Вторая аномалия: высокая теплоемкость. Слайд4 У воды она в 10 раз больше, чем у железа. Из-за исключительной способности воды поглощать тепло температура при ее нагревании и охлаждении изменяется незначительно, поэтому морским обитателям никогда не угрожает ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение. Кроме того благодаря медленному нагреванию и аккумуляции тепла, а затем медленному остыванию и отдаче накопленного тепла, всегда вблизи больших водоемов не так резки перепады температур днем и ночью, как на континенте, а особенно в пустынях.

Третья аномалия: у воды очень высокая удельная теплота парообразования. Слайд5 Если бы у воды не было этого свойства, многие озера и реки летом быстро бы пересохли до дна, и вся жизнь в них погибла. 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.

Четвертая аномалия: замерзая, вода расширяется на 9% по отношению к прежнему объему. Поэтому лед всегда легче незамерзшей воды и всплывает вверх. 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. Слайд6 Под такой “шубой” даже зимой в Арктике морским животным не очень холодно.

2-й ученик (тема выступления: “Увеличение плотности воды при увеличении температуры от 0°до 40° С”):

Все вещества, когда их нагревают, расширяются, а при охлаждении сжимаются. Вода тоже сжимается, пока температура падает, но при +4?С наступает предел. Тут она снова начинает расширяться, хотя температура продолжает понижаться. Поэтому самой плотной и тяжелой вода бывает при +4?С. Зимой, охладившись до +4?С, она опускается на дно. Кроме того вода является плохим проводником тепла. Вот почему на дне пруда, озера, реки под слоем льда сравнительно тепло и обитатели водоемов имеют возможность жить. 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. Слайд7

3-й ученик (тема выступления: “Сила поверхностного натяжения”).

Первый взгляд на чай, налитый в чашку, подтверждает известное положение, что жидкость своей формы не имеет, а принимает форму сосуда, в который она налита.

(Демонстрация опыта “Бездонный бокал”).

Возьмем стакан, наполненный до краев водой. Будем бросать в него монетки. Ни одна капля не пролилась, зато поверхность воды вздулась, образовав “горку”. Слайд8

Все системы стремятся уменьшить свою энергию. Точно так же сила поверхностного натяжения стремится сократить до минимума площадь поверхности жидкости. Из всех геометрических форм шар обладает при данном объеме наименьшей поверхностью. Так что собственная форма жидкости – шар. Слайд9 Большое количество жидкости не может сохранить шарообразную форму: она изменяется под действием силы тяжести. Слайд10 Если устранить действие силы тяжести, то под действием молекулярных сил жидкость примет форму шара.

(Демонстрация опыта Плато).

Если взять смесь воды и спирта и поместить в нее каплю жидкого масла, то в какой-то момент сила тяжести уравновесится силой Архимеда и образуется масляный шар, свободно покоящийся в смеси. Слайд11 Этот шар от разлета по молекулам удерживает сила поверхностного натяжения.

Роль поверхностного натяжения в жизни очень разнообразна. Например, существуют целые виды мелких насекомых и паукообразных, передвигающихся за счет поверхностного натяжения. Наиболее известны водомерки, которые опираются на воду кончиками лапок. Слайд12 Сама же лапка покрыта водоотталкивающим налетом. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, но за счет силы поверхностного натяжения водомерка остается на поверхности. Слайд13

4-й ученик (тема выступления: “Капиллярные явления”).

Мы только что говорили, что в обычных сосудах вода принимает горизонтальную поверхность. Однако и здесь требуется поправка. Слайд14 Приглядитесь внимательнее, и вы заметите, что у краев поверхность жидкости приподнята и образует вогнутую форму. Это – тоже следствие поверхностного натяжения. Молекулы жидкости взаимодействуют между собой и с молекулами сосуда. В зависимости от того, какая из этих сил больше, будет наблюдаться явление смачивания (вогнутая поверхности) или не смачивания (выпуклая форма).

Благодаря капиллярным явлениям влага поднимается, и растения имеют возможность питаться. Ученые установили, что находясь в порах и капиллярах, вода способна создавать огромное давление, которое может достигать 400 атмосфер. Вот почему росток без труда пробивает асфальт. Это свойство люди использовали еще в древности. Они вбивали деревянные клинья в толщу породы и поливали их водой. Разбухая эти клинья разрывали камень.

ВЫСТУПЛЕНИЕ ХИМИКОВ

А теперь давайте рассмотрим воду с точки зрения химии.

1-й ученик. Необычные свойства воды объясняются ее строением. Молекула воды – уголковая – угол между связями Н-О-Н равен 104° 27` . В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи Н — О: Слайд15

Они образованы за счет перекрывания двух одноэлектронных S-облаков двух атомов водорода.

В молекуле имеются четыре полюса зарядов: два – положительные и два отрицательные. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Два отрицательных полюса приходятся на две электронные пары кислорода, таким образом молекула воды является диполем:

Подобное представление о строении молекулы воды позволяет объяснить многие свойства воды, в частности структуру льда. Слайд16 В кристаллической решетке льда каждая из молекул окружена четырьмя другими. В плоскостном изображении это можно представить так:

Слайд17

На схеме видно, что связь между молекулами осуществляется посредством атома водорода.

Положительно заряженный атом водорода одной молекулы воды притягивается к отрицательно заряженному атому кислорода другой молекулы воды. Такая связь получила название водородной.

По прочности водородная связь примерно в 15-20 раз слабее ковалентной связи. Слайд18 Поэтому водородная связь легко разрывается, что наблюдается, например, при испарении воды.

Структура жидкой воды напоминает структуру льда. В жидкой воде молекулы также связаны друг с другом посредством водородных связей. Однако структура воды менее “жесткая”, чем льда. Вследствие теплового движения молекул в воде одни водородные связи разрываются, другие образуются.

В силу высокой полярности молекул Н₂О вода является растворителем других полярных соединений, не имея себе равных.

2-й ученик. Свойства и строение воды во многом определяют различные особенности растворов. Прежде всего, выясним, что такое раствор. Как взаимодействует растворенное вещество и растворитель? Слайд19

Растворяемое вещество в растворе распадается на ионы. Как ведут себя ионы в растворе, долгое время оставалось неясным.

В конце ХIХ века (1889-1990 гг.) И.А. Каблуков и, почти одновременно с ним, В.А. Кистяковский пришли к выводу, что ионы движутся не одни, а увлекают с собой некоторое количество воды и чем меньше радиус иона, тем большее количество воды ион может удерживать вокруг себя. Такое явление стало называться гидратацией. Гидратированый ион окружен молекулами воды. Эта блестящая идея пролила свет на многие вопросы.

Оказалось, что вода сама вступает во взаимодействие с растворенным веществом. По растворимости в воде все вещества делятся на гидрофильные, хорошо растворимые в воде, например, кислоты, щелочи, соли и гидрофобные – трудно или вообще не растворимые в воде – это жиры, жироподобные вещества и каучуки. В воде протекают многие реакции, как химические, так и биохимические. Так каково же значение воды?

Ученик3Весовой 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.

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. Слайд20

• Вода является одной из причин коррозии – ржавления металлов.

• Благородные металлы с водой не реагируют.

• Вода взаимодействует со многими неметаллами.

• Н₂О + О —> Н₂О₂ 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.

ВЫСТУПЛЕНИЕ БИОЛОГОВ

Учитель. Какую же роль выполняет в живом организме вода? Слайд21

1-й ученик. Вода нужна для нашего организма как растворитель питательных веществ, и как переносчик их, и как среда, в которой протекают различные процессы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Выделяясь потовыми железами и испаряясь с поверхности кожи, вода регулирует температуру нашего тела. Кроме того, вода необходима для удаления из организма различных вредных веществ, образующихся в результате обмена. Содержание воды в отдельных органах и тканях тела почти постоянно.

Питательные вещества попадают в кровь через стенки пищеварительного канала. Через эти стенки могут проникать только вещества, растворенные в воде, только жидкости. Если бы кусок сахара не растворился в слюне и в желудочном соке, глюкоза не попала бы в кровь. Белок яйца, крахмал хлеба и картофеля не растворяются в воде, но желудочный и кишечный соки содержат особые вещества – ферменты, которые расщепляют белок и крахмал и переводят их в вещества растворимые. Это расщепление идет только в воде. Кровь, состоящая на четыре пятых из воды, разносит питательные вещества по всему организму.

2-й ученик. Ни одно живое существо не может жить в абсолютно сухом пространстве и не может оставаться живым, лишившись воды. Каждый организм может потерять только вполне определенную часть содержащейся в нем воды. У человека потеря 10% воды вызывает целый ряд расстройств, а потеря 20% воды – смерть. Некоторые животные менее чувствительны к потере воды. Какое бы животное или растение мы ни взяли, в него входит вода как одна из главных составных частей. Обитатели водоемов, как правило, содержат в себе больше воды, чем жители суши. Слайд22 В теле рыб, например, до 70-80% воды, а в медузе – больше 95%. Слайд23 В травянистых растениях суши процент воды доходит до 85%. Организмы млекопитающих животных и человека содержат воды меньше. Слайд24 - звук

3-й ученик. Но нельзя забывать, что в истории нашей планеты вода имеет исключительное значение. Пожалуй, никакое другое вещество не может сравниться с водой по своему влиянию на ход тех величайших изменений, которые претерпела Земля за многие сотни миллионов лет своего существования.

Там, где есть жизнь, всегда есть вода. Жизнь без воды невозможна.

Учитель. Эту мысль ребята доказывали, выполняя домашнее задание, создавая герб водяного царства. Лучшую защиту герба представляем вашему вниманию.

Ученик. На своем гербе мы постарались изобразить невидимую нить, связывающую все живые существа, которые зависят от воды. Основная мысль нашего герба: “Ни одно живое существо, ни одна травинка не может прожить без воды, где нет воды, там нет жизни”. Из этого тезиса мы сделали вывод, что именно поэтому вода окружает нас повсюду, является важнейшим компонентом питания, содержится в нас самих.

Для подтверждения главной (основной) мысли мы нашли много картинок с изображением рек, озер, прудов и выстроили из них мозаику в виде капли, тем самым подчеркнув, что вода окружает нас повсюду, что капля воды играет большую роль в нашей жизни.

Поверх капли мы изобразили светлый силуэт человека, цвет которого гармонирует с окружающим его фоном. Почему силуэт человека изображен белыми линиями, слившейся с каплей? Да, потому, что мы хотели показать, что вода везде – и внутри нас. Человек всецело зависит от воды, он сливается с фоном, так как человек – это часть Земли, а не ее хозяин и властелин.

Нам кажется, что наш герб полностью отражает главную мысль: “Никто не может прожить без воды”.

ВЫСТУПЛЕНИЕ исследователей

Но самым удивительным и поразительным свойством воды является то, что она обладает памятью. Вода способна хранить и передавать информацию. Серьезно изучать это свойство воды стали только в последние десятилетия. Но то сколько ученых и лабораторий занимаются этой проблемой, свидетельствует о ее важности и серьезности. Слайд25 - звук

Эмото Масару – японский исследователь, фиксировал впечатления воды с помощью стремительного замораживания в креогенной камере. Слайд26 - звук Как мы видели, негативные фразы и воздействия формируют крупные кластеры или вообще их не создают, а положительные, красивые слова и фразы создают мелкие напряженные кластеры. Именно они дольше хранят память воды, а значит оптимальны для длительного хранения информации. Слайд27 - звук

ВЫСТУПЛЕНИЕ ЭКОЛОГОВ

1 ученик. Огромное значение воды и важность проблем, связанных с ее загрязнением ни у кого не вызывает сомнений.

Потребление воды только в прошлом веке возросло в 7 раз и в настоящее время составляет около 3,5 тыс.м³ в год и с каждым годом все возрастает. Растет загрязнение рек промышленными и бытовыми отходами. Промышленность ежегодно сбрасывает в реки 160 м³ стоков. Они загрязняют 4 тыс.м³ речных вод, т.е. 10%. Ежегодно в море вытекает около миллиона тонн нефти из буровых вышек, портов, промышленных предприятий и т.д.

Для здоровья населения важно не только достаточное количество воды, не менее важно, чтобы она была определённого качества.

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире из-за низкого качества питьевой воды умирает около 5 миллионов человек; инфекционная заболеваемость населения, связанная с неудовлетворительным водоснабжением, достигает 500 миллионов случаев в год.

Способов воспроизводства в больших объемах воды не существует, не существует также и заменителей воды, поэтому необходимо обращаться с самым ценным природным ресурсом с величайшей осторожностью. Значение проблемы воды для здоровья человека в современном мире подчёркнуто тем, что ООН объявила Международным десятилетие обеспечения доброкачественной питьевой водой. Слайд28 - звук

2 ученик Вода обладает чрезвычайно ценным свойством — непрерывного самоводообновления под влиянием солнечной радиации. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой, в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирании бактерий.

Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли. В ходе бактериального самоочищения через 24 часа остается не более 50% бактерий, через 96 часов – 0,5%.

Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократное разбавление чистой водой.

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.

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).

. Мы предлагаем эксперимент, демонстрирующий наиболее простые способы очистки воды:

1. Осаждение.

2. Разбавление.

3. Отстаивание.

4. Фильтрование.

Тест проверки качества воды производится путем перманганатометрического титрования. Слайд29 – звук

Доктор Эмото верит, что вода отражает сознание человечества. Доктор Эмото является инициатором проекта «Любовь и Благодарность Воде». 70% земной поверхности, и примерно такая же часть человеческого организма занята водой, поэтому участники проекта предлагают в день 25 июля 2003 года присоединиться к ним всех желающих, чтобы послать пожелания Любви и Благодарности всей воде на земле. В этот момент, по крайней мере, три группы участников проекта будут молиться возле водоемов в разных частях земли: возле озера Kinneret (известного как Галилейское море) в Израиле, озера Starnberger в Германии и озера Biwa в Японии. Подобное, но менее масштабное мероприятие уже проводилось в этот день в прошлом году.

Чтобы самому убедиться в том, что вода воспринимает мысли, не требуется специальной аппаратуры. В любое время каждый может проделать эксперимент с облаком, описанный Масару Эмото. Чтобы стереть небольшое облачко на небе, нужно сделать следующее:

Не делайте это с большим напряжением. Если Вы слишком возбуждены, ваша энергия не будет исходить от Вас легко.

Визуализируйте, что лазерный луч как энергия входит в намеченное облако прямо из вашего сознания и освещает каждую часть облака.

Вы произносите в прошедшем времени: " облако исчезло".

Одновременно, Вы проявляете благодарность, говоря: "я благодарен за это", тоже в прошедшем времени.

На основании данных приведенных выше можно сделать некоторые выводы:

Добро влияет на структуру воды созидательно, зло разрушает ее.

Добро первично, зло вторично. Добро активно, оно работает само, если убрать злую силу. Поэтому молитвенные практики мировых религий включают в себя очищение сознания от суеты, «шума» и эгоизма.

Насилие – атрибут зла.

Человеческое сознание гораздо сильнее влияет на бытие, чем даже действия.

Слова могут непосредственно влиять на биологические структуры.

Процесс совершенствования основан на любви (милосердии и сострадании) и благодарности.

Основываясь на том, что из недр Земли выходит идеально структурированная вода (кристалл родниковой воды), и кристаллы древнего антарктического льда также имеют правильную форму, можно канстатировать, что Земля обладает негэнтропией (стремлением к самоупорядочиванию). Этим свойством обладают только живые биологические объекты. Следовательно, можно предположить, что Земля - живой организм.

Слайд30 – звук