DANE INFORMACYJNE

2. DANE INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: • Publiczne Gimnazjum im Polskich Noblistów w Drążnej • Opiekun: Edyta Selka • Kompetencja: • Matematyczno - fizyczna • Temat projektowy: • Woda • Semestr/rok szkolny: • III/2010/2011

3. Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) • Nazwa szkoły: • KATOLICKIE GIMNAZJUM IM. ŚW. STANISŁAWA KOSTKI • ID grupy: 98/75 _MF_G2 • Opiekun: KATARZYNA ZAKRZEWSKA • Kompetencja: • Temat projektowy: • WODA • Semestr/rok szkolny: • III/2010/2011

4. WODA Woda (tlenek wodoru) – związek chemiczny o wzorze H2O, występujący w warunkach standardowych w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określa się mianem pary wodnej, a w stałym stanie lodem. Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla substancji polarnych. Większość występującej w przyrodzie wody jest „słona” (około 97,38%), tzn. zawiera dużo rozpuszczonych soli, głównie chlorku sodu. W naturalnej wodzie rozpuszczone są gazy atmosferyczne, z których w największym stopniu znajduje się dwutlenek węgla. Woda naturalna w wielu przypadkach przed zastosowaniem musi zostać uzdatniona. Proces uzdatniania dotyczy zarówno wody pitnej jak i przemysłowej.

5. WYSTĘPOWANIE WODY Woda jest na Ziemi bardzo rozpowszechniona. Występuje głównie w oceanach, które pokrywają 70,8% powierzchni globu, ale także w rzekach, jeziorach i w postaci stałej w lodowcach. Część wody znajduje się pod powierzchnią Ziemi lub w atmosferze (chmury, para wodna). Niektóre związki chemiczne zawierają cząsteczki wody w swojej budowie (hydraty – określa się ją mianem wody krystalicznej). Woda występująca w przyrodzie jest roztworem soli i gazów. Najwięcej soli mineralnych zawiera woda morska i wody mineralne, najmniej woda z opadów atmosferycznych. Wodę o małej zawartości składników mineralnych nazywamy wodą miękką , natomiast zawierającą znaczne ilości soli wapnia i magnezu wodą twardą. Oprócz tego wody naturalne zawierają rozpuszczone substancje pochodzenia organicznego, np. mocznik, kwasy humusowe itp.

6. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE WODY Temperatura topnienia pod ciśnieniem 1 atm: 0oC Temperatura wrzenia pod ciśnieniem 1 atm: 99,97oC Ciepło właściwe 4187J Ciepło parowania 2257kJ/kg Ciepło topnienia 333,7kJ/kg Masa cząsteczkowa 18u Barwa (woda chemicznie czysta bezbarwna; w warstwach wielometrowych niebieska) Mętność/ ilość zawiesin w wodzie (woda chemicznie czysta :klarowna) Zapach (woda chemicznie czysta : bezwonna) Odczyn (woda chemicznie czysta pH=7) Twardość (woda chemicznie czysta :0) Twardość ogólna Twardość węglanowa (przemijająca) Twardość niewęglanowa (twarda)

7. STRUKTURA CHEMICZNA WODY Cząsteczki wody są nieliniowe, a wiązania H –O są silnie spolaryzowane i stąd woda ma trwały moment dipolowy – czyli jest silnie polarna. Kąt między wiązaniami wodór – tlen – wodór (H – O – H) w fazie ciekłej wynosi ok.. 105o. W postaci stałej (lodu) kąt między tymi wiązaniami jest równy ok. 108o. W fazie ciekłej nieustannie powstają i pękają wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami wody. Woda ulega łatwej protonacji i deprotonacji od kwasów tworząc jon hydroniowy H3O+. Jon ten również łączy się wiązaniami wodorowymi tworząc kation Zundela H5O2+, kation Eigena H7O3+ i większe aglomeraty. W strukturze krystalicznej wiązania wodorowe nie ulegają zrywaniu i determinują heksagonalny układ krystalograficzny wody. Gdy podda się wodę ciśnieniu większemu niż 3900 MPa woda zwiększa gęstość do około 1,5g/cm3 i powstaje lód o temperaturze powyżej 0oC.

8. REAKCJE POWSTAWANIA WODY Spalanie wodoru i związków organicznych w obecności tlenu np. 2H2 + O2→ 2H2O 2C2H5OH + 7O2→4CO2 + 6H2O Reakcje zobojętniania NaOH + HCl → NaCl + H2O Ca(OH)2 + 2HCl →CaCl2 + 2H2O Reakcje redukcji wodorem związków chemicznych zawierających tlen Na2SO4 + 4H2→ Na2SO4 + 4H2O

9. ROLA WODY Woda jest niezbędnym składnikiem pokarmowym, stanowi podstawowy składnik wszystkich komórek, tkanek oraz płynów ustrojowych. Woda wchodząca w skład krwi przenosi składniki pożywienia do narządów i komórek ustrojowych, a jednocześnie przy jej pomocy następuje wydalanie z nich produktów przemiany materii, w tym także produktów toksycznych nagromadzonych w narządach, a zwłaszcza w mięśniach podczas intensywnej pracy fizycznej, jest dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu substancji chemicznych. W procesach produkcyjnych woda służy jako surowiec wchodzący w skład wytwarzanych produktów, jako środek chłodzący urządzenia mechaniczne lub produkty w trakcie ich wytwarzania, oraz jako pośrednik w przetwarzaniu energii cieplnej na mechaniczną i elektryczną. Wodę jako surowiec wykorzystuje się w przemyśle spożywczym. Wykorzystywana jest również do mycia surowców, półfabrykatów i produktów, służy potrzebom transportowym. Wielkość potrzeb wodnych ustala się na podstawie dotychczasowych doświadczeń w użytkowaniu wód w miastach, przemyśle i rolnictwie.

14. DOŚWIDCZENIE 1 Sprawdzamy, jaki wpływ ma oliwa w wodzie na ptasie pióra – do wody należy wlać olej, a następnie włożyć pióra. Wniosek: Olej pływa po powierzchni wody, ponieważ jest od niej lżejszy. Pióra po wyjęciu z wody są posklejane. Pióra ptaków pływających w wodzie, na której rozlana jest ropa naftowa, robią się ciężkie, co uniemożliwia im latanie i ptaki giną. DOŚWIADCZENIE 2 Sprawdzamy, co dzieje się z ptasimi piórami, gdy zanurzymy je czystej wodzie i wodzie z proszkiem do prania (należy zanurzyć piórko w czystej wodzie, wyciągnąć i otrzepać, dodać do wody proszek, rozmieszać, włożyć piórko na chwilę, wyciągnąć). Wniosek: Detergenty rozpuszczają tłuszcze, ten naturalny tłuszcz znajdujący się na piórach również. Pióra pod wpływem detergentów tracą swą odporność. Ilość wody w piórach powoduje zwiększenie ciężaru ptaka i jego utonięcie. DOŚWIADCZeNIa 1, 2pIÓRA

15. DOŚWIADCZENIE 3 Filtrujemy zanieczyszczoną wodę. Odcinamy dno butelki, na szyjce mocujemy gazę, umieszczamy warstwę kamyków, papieru, potłuczonej cegły. Do tak przygotowanego filtru wlewamy brudną wodę. Wniosek: Na tak przygotowanym filtrze zatrzymują się tylko większe zanieczyszczenia. DOŚWIADCZNIE 3Filtrowanie wody

16. DOŚWIADCZNIE 4TORNADO W BUTELCE • Opis: • Do dużej plastikowej butelki, na przykład po wodzie, nalewamy wody i za pomocą specjalnej nakrętki łączymy ją z drugą, pustą butelką.Gdy pełna butelka znajduje się u góry, woda wypływa z niej spokojnie. Gdy jednak zaczniemy kręcić górną butelką, wprawiając wodę w ruch obrotowy, natychmiast wewnątrz butelki powstanie wir. W zależności od tego, w którą stronę zakręciliśmy butelką, nasz wir będzie lewo- lub prawoskrętny. • Aby lepiej było widać ruch cząstek wody tworzących wir, można dosypać do butelki trochę pokruszonego korka.

17. TORNADO W BUTELCE • W wirze wytworzonym w butelce prędkość wody przy ściankach butelki jest, w przybliżeniu, równa zero, natomiast im bliżej osi wiru tym ich prędkość liniowa jest większa. Jeżeli więc, widzimy na rzece jakiś duży wir, to można wnioskować, że pod powierzchnią wody, w pobliżu tego wiru znajduje się jakaś nierówność. Z kolei, tor cząsteczek wody, jak łatwo wywnioskować, jest spiralą. • Wir, dla wody w butelce jest sposobem na przezwyciężenie sił lepkości: bez wiru powietrze przeciska się przez mały otwór między butelkami bańka po bańce. Siła odśrodkowa działająca na wirującą wodę dopycha ją do brzegów otworu, czyniąc miejsce na strumień powietrza do góry, w środku otworu.

18. TORNADO W BUTELCE • Samo opisanie wirów jest nieco skomplikowane. Wiąże się to z tym, że wiry często powstają na wskutek ruchu turbulentnego. Dla przepływów mało turbulentnych, jak w naszej butelce, powierzchnię wiru można z dobrym przybliżeniem opisać równaniem hiperboloidy obrotowej. W przypadku przepływów o dużej turbulencji, wiry się powielają, tzn. w dużym wirze powstaje mały wir, w tym jeszcze mniejszy w którym może powstać jeszcze mniejszy, jak "Baba w Babie", jednym słowem - chaos. Podobno Werner Heisenberg na łożu śmierci powiedział, że będzie miał dwa pytania do Pana Boga: dlaczego względność i dlaczego turbulencja. Ale po chwili dodał: „Naprawdę myślę, że On może odpowiedzieć tylko na pierwsze pytanie”.

19. DOŚWIADCZENIE - FILM

20. PODSUMOWUJĄC • Gdy nic nie robiliśmy woda leciała bardzo powoli. Natomiast wprawiając butelkę w ruch obrotowy powietrze przedostawało się przez środek wiru, a woda spływała w do drugiej butelki znacznie szybciej tworząc charakterystyczny lej.

21. DOŚWIADCZENIE 5Zamiana wody z Alkoholem • Doświadczenie polega na próbie zamiany miejsc wody i alkoholu dzięki różnicy gęstości.

22. Potrzebne rzeczy • 1. 2 kieliszki • 2. Karta plastikowa • 3. Alkohol • 4. Woda

23. Przebieg Doświadczenia

24. Ustawiamy

25. Teraz czekamy

26. Po dłuższej chwili

27. Wnioski

28. Doświadczenie polega na próbie zamiany miejsc wody i oleju dzięki różnicy gęstości obu cieczy DOŚWIADCZENIE 6ZAMIANA WODY Z OLEJEM

29. POTRZEBNE RZECZY 1. 2 kieliszki 2. Kartka papieru do drukarki 3. Woda 4. Olej

31. PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA Do kieliszka nr 1 nalewamy wodę. Do kieliszka nr 2 nalewamy olej. Na kieliszek nr 1 nakładamy kartkę Przekładamy kieliszek nr 1 do góry dnem i kładziemy na kieliszku nr 2, pozostawiając pomiędzy kieliszkami kartkę papieru. Delikatnie i powoli wyciągamy kartkę. Obserwujemy co dzieje się z obiema cieczami.

35. WNIOSEK Olej powoli zamienia się z wodą. Olej wypływa na wierzch, woda zostaje na dnie. Ciecze nie mieszają się. Tworzą wyraźnie widoczne warstwy.

36. WNIOSEK

37. DOŚWIADCZENIE 7PRAWO pascala, Nurek Kartezjusza • Potrzebne będą: • 1. Duża, przezroczysta butelka PET (plastikowa) po napojach wraz z zakrętką. • 2. Malutka fiolka po lekarstwach, olejku zapachowym do ciast, itp. Musi swobodnie wchodzić do butelki PET. • 3. Małe ciężarki. • 4. Gumka recepturka. • 5. Woda.

39. Dlaczego tak się dzieje? • Kluczem do zrozumienia zachowania się nurka jest ów bąbelek powietrza, uwięziony pod odwróconą fiolką. Gdy ściskamy butelkę, wzrasta w środku ciśnienie i w związku z tym bardziej ściskany jest pęcherzyk powietrza we fiolce. Gdybyśmy uważnie przyjrzeli się temu pęcherzykowi, zauważymy, że nieco zmniejsza się podczas ściskania butelki. A to oznacza, że zmniejszyła się wyporność nurka - do środka wlało się więcej wody. Nurek utonął. Gdy z kolej ciśnienie maleje (znaczy, przestaliśmy ściskać butelkę), pęcherzyk powiększa się, nurek zwiększa swoją wyporność i wypływa. Wszystko to jest możliwe między innymi dzięki temu, że powietrze jest łatwo ściśliwe - chętnie zmienia swoją objętość podczas zmian ciśnienia. Gdyby we fiolce nie było powietrza, nurek by nie działał.

40. Dowód na istnienie prawa pascala Eksperyment:Napełnij wodą naczynie z otworami i szczelnym tłoczkiem. Przesuń tłoczek w dół. Obserwacje:Tłoczek naciska na powierzchnię wody, w wyniku czego woda wytryskuje otworami jednakowymi strumieniami we wszystkich kierunkach. Wnioski:Cząsteczki wody, na które naciska tłok, naciskają na inne cząsteczki wody z taką samą siłą. Nacisk ten przekazywany jest równomiernie we wszystkich kierunkach na kolejne cząsteczki.

42. DOŚWIADCZENIE 8PRZECHŁODZENIE WODY

43. PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA • 1.Wsadzamy zbiorniczek (w tym przypadku szklankę) ze schłodzoną wodą z czajnika do pojemnika z lodem posypanym solą.

44. PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA • 2. Wkładamy termometr do szklanki.

45. PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA

46. PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA • 4. Wyciągamy szklankę i gwałtownie potrząsamy.

47. Wynik DOŚWIADCZENIA • W szklance wody nic się nie zadziało, choć wszystkie czynniki były sprzyjające powodzeniu doświadczenia. • Co by było, gdyby wszystko poszło jak powinno?

48. Wynik alternatywny • Woda zamarzła i temperatura wzrosła do 0°C! • Dlaczego tak się stało?

49. Wyjaśnienie

50. KLASY CZYSOŚCI WÓD Charakterystyka klas czystości W okresie obowiązywania trójstopniowej skali czystości wód ogólna charakterystyka danej klasy nie ulegała dużym zmianom i wyglądała następująco: Klasa I – Wody tej klasy czystości mogą być wykorzystywane (do 1991 formułowano to "są przeznaczone") jako źródło zaopatrzenia ludności w wodę pitną, jako źródło zaopatrzenia przemysłu spożywczego i innych gałęzi przemysłu wymagających tej klasy czystości wody oraz hodowli ryb łososiowatych. Klasa II – Wody tej klasy czystości mogą być wykorzystywane (do 1991 formułowano to "są przeznaczone") jako źródło zaopatrzenia w wodę hodowli zwierząt, do celów rekreacji, sportów wodnych i kąpielisk oraz do hodowli ryb z wyjątkiem łososiowatych. Klasa III – Wody tej klasy czystości mogą być wykorzystywane (do 1991 formułowano to "są przeznaczone") jako źródło zaopatrzenia w wodę zakładów przemysłowych z wyjątkiem tych, dla których wymagana jest klasa I i II oraz do celów nawodnienia terenów rolnych i ogrodniczych. Wartości graniczne szczegółowych wskaźników takich jak zawartość poszczególnych zanieczyszczeń określane były w odpowiednich rozporządzeniach. Część wskaźników była obligatoryjna – były to: ilość rozpuszczonego tlenu, BZT5, ChZTMn, stężenie fenoli, chlorków, siarczanów, substancji rozpuszczonych i zawiesin[2]. Wody niespełniające ww. norm bywały niekiedy nazywane nieformalnie wodami czwartej klasy, ale w oficjalnych publikacjach określane były jako wody pozaklasowe lub nieodpowiadające normom (n.o.n.)