Тема__Вода. Известное и неизвестное

Предметы, по которым устанавливаются метапредметные связи

_Химия, Физика, Биология______________

Ппроблемный вопрос для учащихся.

Информационный материал по данной проблеме

В связи с тем, что вода является хорошим растворителем можно сказать, что в природе нет совершенно чистой воды, хотя бы потому что растворяет на своем пути многие соединения и вещества, становясь сразу же смесью многих растворенных веществ. Образовавшаяся смесь содержит многие ионы, в частности ионы кальция и магния, которые обуславливают жесткость воды. Причем чем больше ионов кальция и магния, тем жестче вода.

В большей степени жесткость воды связана с катионами кальция (Са²⁺) и в меньшей степени магния (Mg²⁺). Все двухвалентные катионы влияют на жесткость воды, так как они, взаимодействуя с анионами, образуют соединения, выпадающие в осадок. Одновалентные катионы таким свойством не обладают.

Из-за ничтожно малого оказания влияния на жесткость воды наличием в ней стронция, железа и марганца пренебрегают.

Малая растворимость в природных водах алюминия и трехвалентного железа вносит очень малый «вклад» в жесткость воды, которым так же пренебрегают.

Влияние ионов бария не учитывается из-за незначительного их нахождения в воде.

Различают следующие виды жесткости:

· общая жесткость (карбонатная — временная или устранимая) — обусловленная концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН > 8.3) солей кальция и магния;

· некарбонатная — обусловленная концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.

· Жесткость устраняется несколькими способами:

· карбонатную — простым кипячением, так как при этом карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния выпадают в осадок;

· - некарбонатную — можно умягчить, обрабатывая воду гашеной известью или содой. Она не устраняется кипячением. Так как такая жесткость не дает осадков, и не испаряется при кипячении.

Для устранения ионов кальция и магния можно использовать фосфат натрия, буру, поташ и другие химические соединения:

Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость воды. Показатель жесткости воды не постоянен.

Общая жесткость воды, нормативы

Мировая практика контроля качества потребляемой для питья воды (нормы Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ISO, а также нормативы США) не нормируют жесткость питьевой воды – только отдельно содержание в воде ионов кальция и магния. По российским нормам (ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая») жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Что же происходит при превышении этого значения? Оказывается, что при жесткости воды выше 7 мг-экв/л значительно увеличивается скорость зарастания труб известковыми отложениями, что уменьшает их срок службы и увеличивает эксплуатационные затраты. А при очень низкой жесткости воды приобретает сильные коррозионные свойства. Активное использование пластика и металлопластика в последнее время позволяет снять ограничения на использование мягкой воды.
Общая жесткость воды, классификации

Классификации природной воды по степени жёсткости отличаются в разных странах, а также могут подразделяться в зависимости от целей использования воды.
Самая общая классификация выглядит следующим образом:

По американской классификации питьевая вода считается «мягкой» при содержании солей жесткости менее 2 мг-экв/л, нормальной– от 2 до 4 мг-экв/л, жесткой – от 4 до 6 мг-экв/л, и очень жесткой – свыше 6 мг-экв/л. Стоить заметить, что подобная классификация справедлива для воды, использующейся для питьевых нужд. Вода, находящаяся в системах горячего водоснабжения и контактирующая с любыми нагревательными элементами, для нормального функционирования системы должна быть более мягкой. Тут не обойтись без установки фильтров для воды, в частности - умягчителей воды. При этом, если вода поступает из частной скважины, скорее всего, потребуется предварительное обезжелезивание.

Жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океаническая вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм³).
Жесткая вода образует накипь при кипячении и в трубах отопительной системы, разрушая металл. В то же время она пагубно влияет и на организм человека, а так же растения. Она является очень важным фактором для гидропонного выращивания растений, потому что корни непосредственно находятся в рабочем растворе. Поэтому для успешного роста и развития растений, обязательно стоит контролировать жесткость.

Жёсткая вода и ее влияние на организм человека.

Вода, являясь жизненно необходимым продуктом и веществом для живого организма в целом и человека в частности, все же может оказывать пагубное влияние на организм человека:

· кожа человека при действии на нее жесткой воды преждевременно стареет;

· соли, обуславливающие жесткость воды, при взаимодействии с моющими средствами образуют некие «осадки» в виде пены, которые после высыхания образуют микроскопическую корочку на коже человека и волосах, которые разрушают естественную жировую пленку, защищающую нормальную кожу от старения и неблагоприятных климатических воздействий — все это забивает поры, вызывая сухость, шелушение и перхоть, в результате чего кожа не только рано стареет, но и становится аллергенной и чувствительной к раздражению;

· органы пищеварения подвергаются отрицательному действию в результате действия на них жесткой воды, соли которой, соединяясь с белками животного происхождения в нашей пище, оседают на стенки пищевода, желудка, кишечника тем самым мешают перистальтике, вызывают дисбактериоз, нарушают работу ферментов, отравляя организм — в связи, с чем употребление воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка и накоплению солей в организме;

· повышенное содержание ионов кальция и магния в воде пагубно влияют на сердечно — сосудистую систему, так как ионы Ca²⁺ контролируют ритм сердца и они необходимы для сокращения и релаксации, в том числе и сердечной мышцы;

· такие заболевания суставов как артрит и полиартрит вызываются постоянным употреблением внутрь воды с повышенной жесткостью, в результате чего попадающие с ней соли и ядовитые кристаллы образуют неорганические соединения, которые заменяют синовиальную жидкость (смазка) в местах подвижности костного скелета, что вызывает у человека болезненные ощущения;

· существует мнение, что жесткость воды приводит к образованию камней в почках и желчных путях, однако камни в почках образуются из-за недостатка кальция в пище. Было доказано, что почечные камни и костяные шпоры состоят, в том числе из ионов кальция, выщелачиваемого из костей для нейтрализации кислотности жидких сред организма. С другой стороны, ион Mg²⁺ является антагонистом иона Ca²⁺ в обменных процессах. При избытке ионов Mg²⁺увеличивается выведение ионов Ca²⁺ из организма, то есть ион Mg²⁺ начинает вытеснять ион Ca²⁺ из тканей и костей, что ведёт к нарушению нормального костеобразования.

Наиболее распространенным влиянием, которое оказывает такая жидкость на оборудование, является кристаллизация соли и образование накипи. В нагревательных приборах на внутренних частях формируется нерастворимый слой, который представляет собой мощный теплоизолятор. Вследствие этого увеличиваются затраты на нагрев и сокращается срок службы элементов. Кроме того, жесткая вода приводит к перегреву ТЭН посудомоечной машины, что влечет за собой выход из строя остальных узлов устройства. Также влияние жесткой воды на бытовую технику выражается в плохом вспенивании моющих растворов из-за высокой концентрации солей в жидкости. Это приводит к перерасходу средств бытовой химии и большой нагрузке на стиральные и посудомоечные машины. Также жесткая вода является причиной образования твердого налета на сантехнике и деталях устройств, который постепенно разрушает поверхность. В случае если машина не оборудована фильтром-умягчителем, белье после стирки может иметь пятна и разводы. Следует учитывать, что устранение поломки, которая вызвана излишней жесткостью воды, не входит в гарантийное обслуживание, и владельцу придется самостоятельно восстанавливать технику.

Таким образом, жесткость воды это ее особое состояние. Она влияет на растения и на живой организм, но без жесткости воды нельзя. Так как нельзя употреблять чистейшую воду имеющий состав только водород и кислород.
Приёмы деятельности, формируемые у учащихся при работе над данной темой:

Вопросы, на которые в процессе изучения метапредметной темы учащиеся смогут ответить.