Моделирование екологічних труднощів і способів їх виконання під час уроків химии

року міністерство освіти російської федерации.

Самарський державний университет.

Хімічний факультет.

Кафедра загальної хімії і хроматографии.

Спеціалізація аналітична химия.

Реферат на тему.

ЗАПИТАННЯ ЕКОЛОГІЇ НА УРОКАХ ХИМИИ.

Виконав студент.

4 курсу 442 группы.

Паньков Павло Петрович.

Самара.

Моделювання екологічних труднощів і способів їх вирішень під час уроків химии.

Останніми роками часто-густо можна почути вираз «кислотні опади». Вони уявляють собою різні види атмосферних опадів, таких, як дощ, сніг, туман чи роса, з рН нижче норми (рН < 5,6).

Вперше проблема кислотних опадів стала обговорення на ХXVIII Генеральної асамблеї Міжнародної спілки по теоретичної і прикладної хімії (ИЮПАК), проведеній Мадриді у вересні 1975 г.

За словами канадського міністра довкілля Дж. Робертса, «кислотний дощ — одне з найтяжчих форм забруднення довкілля, яку тільки можна собі уявити, небезпечна хвороба биосферы».

Максимальний негативний ефект кислотні дощі газові викиди завдають повітряної середовищі, а ще через неї - флорі і фауні. Проте великий і рівень забруднення водного середовища [1].

У зв’язку з екологічної ситуацією учні повинен мати грамотні ставлення до проблемі кислотних опадів. Однією з коштів формування цих вистав є наочне приладдя як схем, використовувати які можна під час занять по хімії у неповній середній школі у різних класах. Проте, з погляду, раціональніше працювати з ними старшої школе.

Основним наочним посібником щодо цього матеріалу стає динамічна схема 1 «Вплив кислотних опадів на довкілля», що складається із двох галузей — статичної і динамической.

Статична частина, виконана з великої аркуші ватману, представляє зображення основних антропогенних джерел кислотообразующих викидів: теплоелектростанція (ТЕС), металургійний коли завод і автомобиль.

Основні постачальники діоксиду сірки у повітря — машинобудівні, металургійні заводи (переробка руди, що містить сірку, різні хімічні технологічні процеси — 50% SO2), теплоелектростанції (спалювання багатого сірої вугілля, мазуту — 40% SO2) [2].

Кислотні оксиди азоту техногенного походження (NО, NO2) утворюються з азоту повітря при згорянні палива, якщо температура перевищує 1000 °C.

У Росії її близько 25% техногенних викидів оксидів азоту відбувається за спалюванні палива на підприємствах теплоі електроенергетики, стільки ж — що за різних виробничих процесах на підприємствах металургійної, машинобудівної, хімічної галузей промисловості (наприклад, отримання азотної кислоти і вибухових речовин). Головний джерело надходження оксидів азоту у повітря (до 40%) — автотранспорт [див. 2].

Наведені дані про антропогенних викидах кислотних оксидів в атмосферу пояснюють, чому статичної частини схеми 1 наведено зображення саме цих об'єктів. Можливим доповненням до них може бути числові значення антропогенного надходження кислотних оксидів в атмосферу.

Схема 1.

Вплив кислотних опадів на навколишню среду.

Статична часть.

[pic].

Динамічна часть.

[pic].

Крім антропогенних джерел кислотообразующих викидів в статичної частини схеми 1 зображені різні природні довкілля живих організмів: гідросфера, атмосфера і літосфера. Гідросферу можна як ставка чи озера, у яких живуть різні живі організми. Літосфера зображено як грунтів та наземної растительности.

Усі зміни у навколишньому середовищі при дії кислотних оксидів представлені у динамічної частини схеми 1.

Елементи динамічної частини схеми зображують на щільному папері і прикріплюють до статичної частини схеми 1 з допомогою шпильок принаймні пояснення материала.

На початок пояснення впливу кислотних опадів різні середовища проживання організмів на статичної частини схеми 1 прикріплюють такі умовні зображення: фитоі зоопланктон, молюск, водорості і значення рН = 7,5 — біля водойми; бактерии-сапрофиты — у грунті, зліва зображення водойми; азотфиксирующие бактерії - близько коренів конюшини; здорове хвойна дерево — праворуч від автомобиля.

Пояснення матеріалу необхідно розпочати з розгляду антропогенних джерел кислотообразующих викидів, прикріпляючи до вежам ТЕС і трубах металургійного заводу аплікації із зображенням димових викидів SO2 і NO2, а до вихлопної труби автомобіля — зображення NOx, що показує димову виділення оксидів азоту (NО2 і NО).

Після влучення оксидів сірки й азоту у повітря необхідно розглянути процеси, що призводять до утворення кислотних осадков.

Діоксид сірки, що у атмосферу, зазнає ряд хімічних перетворень, які ведуть освіті кислот. Частково діоксид сірки в результаті фотохімічного окислення перетворюється на оксид серы (VI) (сірчаний ангідрид) SО3:

[pic] який реагує з водяником пором атмосфери, створюючи аерозолі сірчаної кислоты:

[pic].

Більшість выбрасываемого діоксиду сірки у вологому повітрі утворює кислотний полигидрат SO2•nH2O, який часто називають сірчистої кислотою Н2SO3:

[pic].

Сірчиста кислота у вологому повітрі поступово окислюється до серной:

[pic].

Аерозолі сірчаної і сірчистої кислот конденсуються в водянику парі атмосфери і спричиняються до кислотних опадів. Вони становлять близько 2/3 кислотних опадів. Решта припадає частку аерозолів азотної і азотистої кислот, які виникають при взаємодії діоксиду азоту з водяникам пором атмосферы:

[pic].

Методика проведення цієї частини уроку може бути різною: пояснення і впорядкування рівнянь учителем, дописування правих чи лівих частин рівнянь учнями чи самостійне написання рівнянь перетворень кислотних оксидів в атмосфере.

Робота зі схемою 1 виражається спочатку появою (на статичної її частини) хмари з рівняннями реакцій, та був — хмари з формулою іона водню. У схему роблять різні види опадів: дощові отримуватиме краплі чи сніжинки, у яких написано іон водню (М+). Це свідчить, що у атмосфері сталися хімічні перетворення, що призвели до випаданню кислотних осадков.

Далі логічно розглянути зміни у навколишньому середовищі, які відбуваються під впливом кислотних опадів. Почати це пояснення з будь-який середовища обитания.

Средним значенням показника кислотності більшості ґрунтових вод, що живлять річки й грунтових вод, є рН близько 8 [3]. Наприклад, концентрація водневих іонів в озері Байкал відповідає меж 7,0−8,5. У час лужність байкальской води кілька збільшується і рН зростає до 8,0−8,5. Взимку рН близький до 7,0. З глибиною рН знижується, вода набуває слабокислый характер [4].

До сформування конкретніших поглядів на вплив рН водойм на життєдіяльність гідробіонтів (мешканці прісноводних водойм) то, можливо використана схема 2 «Реакція гідробіонтів на зниження значень рН в прісноводних водоймах» [5]. І на цій схемою зображені різні мешканці водойм: ракоподібні, равлики, різноманітні види риб (лосось, форель, окунь, щука, вугор та інших.), водні комахи, фитоі зоопланктон — та його реакція зміни рН води буде в діапазоні від 7,5 до 3,5.

Користуючись схемою 2, учні самостійно зможуть розповісти про змінах, які у водної середовищі потрапляючи у ній іонів водню, та на рН води. І тому виготовляються картки з різними значеннями водневого показника (рН = 6,5; рН = 6,0; рН = 5,6; рН = 5,0; рН = 3,5) для водного середовища (див. схему 1, динамічна часть).

Схема 2.

Реакція гідробіонтів на зниження значень рН в прісноводних водоемах.

[pic].

Принаймні зниження значення рН зі схеми 1 знімають зображення організмів, котрі гинули при подкислении води. При рН = 6,0 зникає зображення молюсків, їх не вважають хорошими індикаторами забруднення. Молюски ведуть донний спосіб життя, причому прикріплюються до визначених ділянкам дна. Якщо це ділянку піддається впливу забруднюючих речовин (наприклад, важких металів), цей забруднювач потрапляє й у організм молюсків. У Червоної книги РРФСР потрапили 15 видів молюсків, які стосуються пологам жемчужница і перловица [6]. Потім за рН = 5,6 з зображення водойми знімають одну рибу, фитоі зоопланктон й одне водорість. При досягненні рН = 5,0 з зображення водойми прибирають другу рибу і водорості. При рН = 3,5 все нормальні форми життя жінок у водоймі зникають і розвиваються патогенні організми (білий мох). На водойму наноситься картка із зображенням білого мха.

Згубний дію закислення водойм різні види риб починається з рН ~ 6,0, у якому гинуть форель, лосось, плітка, тому з динамічної схеми 1 можна зняти зображення одній з риб. Окунь, щука, сиг, харіус, вугор стійкіші до кислотному впливу, та його зображення видаляється зі схеми при рН ~ 5,0.

У Червоної книги занесені такі види риб: байкальский осетер, волховський сиг, байкальский білий харіус, звичайний подкаменщик [див. 6].

Слід зазначити, що у загибель риб впливає як закисление водойми, а й іони важких металів (Рb2+, Нg2+, Сd2+) і алюмінію, які з’являються у водоймі з нерозчинних сполук. Символи цих іонів завдають на зображення водойми (див. схему 1) при рН = 5,0, знімаючи зображення другий риби. Надзвичайно токсично діють на риб (особливо їхнього ікру і мальків) іони алюмінію, зміст яких швидко наростає в водоймах з допомогою взаємодії гидроксида алюмінію придонних порід з кислотой:

[pic].

Грунт — це особливе природне утворення, формування та функціонування який неможливо без мікроорганізмів, життєдіяльність останніх залежить від рН середовища. Основним органічним речовиною грунту, що містить живильні речовини, необхідні вищим рослинам, є гумус — суміш гумусовых кислот (гумінових і фульвокислот), гумина і ульмина. Він утворюється внаслідок розкладання бактериями-сапрофитами залишків рослин i животных.

Аби зробити доступне живлення рослин основні запаси азоту в гумусе, необхідно розкласти органічна речовина грунту. Процес перетворення органічного азоту грунту в [pic]- аммонификация — здійснюється гетеротрофными микроорганизмами1.

Біологічна окислювання [pic]до [pic]называется нитрификацией і відбувається у природі з участю автотрофных бактерий2.

До біологічної азотфиксации — процесу відновлення молекулярного азоту до аміаку з допомогою ферменту нитрогеназы — здатні як вільно живуть мікроорганізми, і симбиотические клубеньковые бактерії, поселяющиеся на коренях бобових та інших растений.

Для демонстрації негативної дії кислотних опадів на мікроорганізми грунту на статичну частина схеми 1 завдають дощові краплі з іонами М+ близько позначень груп бактерій із написами «Бактерии-сапрофиты» і «Азотфиксирующие бактерії». Останні прикріплюють оборотними сторонами, у яких відповідно написано: «Нагромадження неразложившегося органічного речовини» і «Збіднення грунту азотом».

Необхідно розглянути вплив кислотних опадів різні породи дерев. І тому на схемою 1 зображено хвойна дерево, т. до. саме ця дерева найбільше потерпають впливу кислотних опадів [див. 1]. У цьому відбувається всихання і опадання хвої, що може спричинити загибель рослини, як і показано заміною здорового дерева на больное.

Кислотні опади надають безпосереднє і непрямий впливом геть зменшення кількості популяцій птиц.

Для докладного розгляду цієї аспекти впливу кислотообразующих викидів на біосферу, звернімося схемою 3 «Вплив кислотних опадів на чисельність популяцій птиц».

Схема 3.

Вплив кислотних опадів на чисельність популяцій птиц.

[pic].

Тут зображені три виду птахів: сизоворонка, біла куріпка і скопа, занесених в Червоні книжки же Росії та Подмосковья.

Безпосереднє вплив кислотних опадів на чисельність популяцій птахів залежить від руйнуванні ними яєчною шкаралупи в кладках, що веде до загибелі птенцовых ембріонів. Найбільш піддаються цьому несприятливого чиннику середовища види птахів, відкрито гніздових лежить на поверхні землі. До таких належать сизоворонка і біла куріпка [7]. Яєчна шкаралупа в основному складається з карбонату кальцію (91,6−95,7%) [8], який легко руйнується при подкислении среды:

[pic].

Написане на схемою 3 рівняння попередньо можна вирішити щільним листом папери, і попросити хлопців самостійно його скласти. Під час перевірки аркуш паперу снимается.

Слід зазначити про опосередкованому вплив кислотних опадів на життєдіяльність птахів. Воно відбувається після ланцюга харчування птахів із вузькою харчової спеціалізацією, наприклад які живилися свіжої рибою. Типовими представниками цих видів є птахи, що є до Червоної книги РРФСР: белоклювая гагара, рожевий пелікан, кучерявий пелікан, спійманий баклан, малий баклан, колпиця, коровайка, скопа, орлан-білохвіст, стерх, чорноголовий реготун, рибний пугач [див. 6]. На схемою 3 зображено птах скопа, поруч із якої - риба, перегорнута брюхом вгору, що означає зменшення харчових ресурсів; зображення інший риби з іонами важких металів (Нg2+, Рb2+, Сd2+) показує отруєння птахи через ланцюг питания.

Великим перевагою динамічної схеми 1 є можливість діяти у зворотному порядке.

Розібравши на уроці способи запобігання влучення кислотних викидів в атмосферу і усунення наслідків їхнього впливу на природу, з використанням динамічної схеми 1 показати, як відбувається поліпшення екологічної ситуации.

Цю методику використання динамічного кошти наочності удосконалює здатність моделювати ситуації, розвиває позитивне екологічне мышление.

Основними способами запобігання влучення кислотообразующих викидів у повітря є: а) очищення палива перед спалюванням; б) використання газоочистителей (скрубберы) на заводах, теплоэлектростанциях; в) перехід інші екологічно чисті види топлива.

Для демонстрацію по труби теплоелектростанції і металургійного заводу прикріплюють табличку «скруббер» (від анг. scrub — терти щіткою, шкребти). Дія різних за конструкції газоочистителей полягає в хімічних реакціях діоксиду сірки, що міститься в димових газах електростанцій, працівників вугіллі. Сполуки, які утворюються під час цих реакцій, можна або скидати в відходи, або скористатися як продукт, знаходить збут [9]. Після цього з динамічної схеми 1 прибирають зображення диму і вихлопне хмару автомобіля, частина хмари з написаними рівняннями хімічних реакцій освіти кислот у атмосфері. Хмару, у якому намальований катіон водню, можна перевернути зворотним боком чи замінити інше, без іона водню; зі схеми 1 знімають і опади з іонами водорода.

Одне з способів ліквідацію наслідків закислення довкілля — внесення на російський грунт і водні об'єкти гидроксида і карбонату кальцію (вапнування). На динамічну схему 1 можна прикріпити аплікацію з хімічними формулами СаСО3 і Са (ОН)2 із зазначенням напрямів внесення цих речовин, у водний об'єкт і почву.

Прийняття вищеописаних заходів призводить до збільшення рН водяної та грунтової середовищ до норми як наслідок цього, до відновлення початкового рівноваги в біосфері. Ці процеси можна відбити, поступово завдаючи на динамічну схему 1 вихідні изображения.

Отже, використання динамічної схеми 1 дозволяє моделювати багато процесів, які у природі під впливом кислотних опадів. Зблизька питання, пов’язаний із зниженням закислення біосфери, цю динамічну схему можна залучити до зворотному порядке.

[pic].

1 Використовують для свого харчування готові органічні вещества.

2 Синтезують з неорганічних речовин всі необхідні життю органічні вещества.

1. Заиков Г. Е., Маслов С. А., Рубайло В. Л. Кислотні дощі і навколишня середовище. М.: Хімія, 1991, 144 с.

2. Боровський Е. Э. Кислотні опади. Хімія у шкільництві, 2001, № 8, з. 4−11.

3. Андруз Дж., Бримблекулеб П., Джикелз Т., Лисс П. Введення ЄІАС у хімію довкілля. Пер. з анг. М.: Світ, 1999, 271 с.

4. Москвін О.Г. Екологія водойм Росії: 100 питань — 100 відповідей. М.: Школа-Пресс, 1999, 160 с.

5. Вронський В. А. Прикладна екологія: навчальних посібників. Ростов-на-Дону: Фенікс, 1996, 512 с.

6. Червона книга РРФСР (тварини). Сост. В. А. Забродин, А. М. Колосов. М.: Россельхозиздат, 1983, 454 с.

7. Червона книга Московській області. Під ред. В. А. Забакина, В. Н. Тихомирова. М.: Аргус, Російський университет,.

1998, 558 с.

8. Трунов А. В., Ковнацкий Ю. К., Забиякина Н. Т. Навчальний посібник по заготівлям, товарознавству і технології яєць і птиці. М., 1947, 480 с.

9. Ревелль П., Ревелль Ч. Середовище нашого проживання. Кн. 2. Забруднення води та повітря. Пер. з анг. М.: Світ, 1995, 296 с.