Интегрированный урок "Вода — … начало и сущность всего"

Разделы: Физика, Химия, География, МХК и ИЗО

“Вода – это живая кровь, которая создает жизнь, где ее не было”

Акад. А.А.Карпинский

Уч. химии: Хотя в природе все взаимосвязано и каждая деталь важна, все же отдельные предметы более существенны, а другие менее при естественном равновесии как живой, так и неживой материи. Ведь нельзя же поставить в один ряд по значимости палец и сердце. Поэтому вполне закономерен вопрос: какое вещество является самым главным, самым важным для нас в окружающем материальном мире? Назовите самый известный жидкий оксид на Земле, с которым мы ежедневно сталкиваемся?

Уч.-ся: вода.

Надпись на доске: “Вода - чудо природы”

Уч. географии: Ребята, обратите внимание на высказывание Вернадского: “”Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы не заключало”. Вода уникальна и ничем не заменима.

Спуститесь в подземные пещеры. Они поразят вас сложной системой многоэтажных помещений, коридоров, сталактитов, сталагмитов. Подчас вам встретятся журчащий ручей или подземное озеро. Какой архитектор построил этот сказочный дворец - природная вода.

Обратите взор к небу, вы увидите облака или тучи, они плывут в водном океане, не воображайте, что они невесомы. Их масса 1 км 3 -2000 т. и состоят они из природной воды.

Да и все мы состоим на 70% из воды. Чего больше всего в твердой и жидкой пище – воды. С каким веществом впервые знаком новорожденный – водой, в которой его купают. Даже при первом вдохе новорожденный получает воду, которая содержится в воздухе. Где лучше всего себя чувствует человек на отдыхе – во время купания на море, озере. Не даром по некоторым предположениям биологов являлось, что колыбель жизни на Земле были мелководные лагуны, даже если жизнь была занесена из межпланетного пространства в форме спор одноклеточных организмов.

Если обратиться к самым страшным из известных катастроф, которые переживала наша планета –тайфуны, смерчи, цунами, земле и моретрясения, извержения вулканов- в этом принимает участие вода.

В сказаниях народов Древнего Востока вода признавалась первоисточником всего существующего. Подобный взгляд высказывал в VI в. до н.э. древнегреческий философ Фалес: “Первое начало и сущность всего - вода”

Звучит фрагмент “Вода, вода, кругом вода…”

Площадь земной поверхности - 510 млн. км2.

Площадь океана - 361 млн. км2.

Водная оболочка Земли – гидросфера составляет около 71% земной поверхности, количество воды на поверхности Земли оценивается в 1,39х1018 тонн. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

В связанном состоянии вода находится в земной коре –л итосфере. В глубинных слоях Земли воды находится больше, чем на поверхности.

В атмосфере находится около 1,3х1013 тонн воды. Молекулы воды входят в состав многих минералов и горных пород, присутствуют в почве, во всех организмах. Запасы воды на Земле составляют 1 млн. 359 тыс.м.3

Практическая часть: Составим диаграмму распределения воды на Земле:

Соленая вода 98% в морях и океанах
Подземные воды 85% ледники
Ледники 2% воды суши (подземные воды 14%, 1% реки, озера почвы, атмосфера.)
Реки, озера, болота 96%, 2%, 2%, 0,02%

Из этого богатства на долю пресной воды приходится 28%, причем 2,2% из них недоступно людям. Это ледяной щит Северного ледовитого океана, Гренландии, Антарктиды. Таким образом, вода играла и играет определяющую роль в геологической истории Земли.

Такого количества воды человечеству хватило бы всего на несколько лет, а между тем вода не убывает в реках и озерах. Почему?

Отв. Круговорот воды в природе.

Звенья круговорота воды в природе:

  • облака
  • осадки (средн. Сумме в целом для всей 3-100см)
  • испарение
  • транспирация
  • конденсация
  • сублимация

Таким образом делаем вывод: Вода на Земле в постоянном движении и во взаимосвязи.

Откуда взялась вода в океанах?

Только что образовавшаяся Земля находилась в возмущенном состоянии. Земля вращалась с очень большой скоростью, выбрасывая большое количество пара и других газов. Так зародилась наша теперешняя атмосфера. Земля начала остывать, затвердевать, плотная атмосфера переполнилась парами воды.

Охлаждение —> пар сгустился —> дожди.

(Считали, что потоп длился столетия и заполнил бассейны океанов…?!)

Теперь считают, что океаны и воздушная оболочка Земли постепенно выходили из недр планеты на протяжении всей ее истории.

Вещество Земля —> из трещин выходила на поверхность в течении млрд. лет.

На новорожденной Земле существовала температура 1800о -5600о F, при такой температуре пары воды не вступают в химические соединения с другими веществами, но находятся в состоянии бурного волнения и стремятся вырваться наружу.

Первое подобие океана образовалось тогда, когда Земля охладилась настолько, что водные пары сгустились и пролились дождем. Океаны достигли своего современного уровня более 600 млн. лет назад.

Надпись на доске “Вода – сама жизнь”

Уч. химии.

В романе польского писателя Б.Пруса “Фараон” так описывается природная вода: “Египет был бы не колыбелью цивилизации, а одним из тех ущелий, какими так богата пустыня Сахара, если бы воды священного Нила ежегодно не орошали страну. С конца июня до середины сентября Нил непрестанно прибывает и заливает почти весь Египет. Воды его так насыщенны минеральными и органическими веществами, что принимают бурую окраску и по мере спада на заливных лугах осаждается плодородный ил, заменяющий самые полезные удобрения. Этот ил и жаркий климат дают возможность египтянину собирать по 3 урожая в год”.

Вода источник питания для растений. В организмах идет обновление воды. Н: в кактусах вода обновляется полностью в течении 28 лет, у черепахи за 1 год, у верблюда за 3 месяца, у человека за 1 месяц. Для человека потеря 6-8% влаги от веса тела вызывает тяжелое состояние, близкое к обмороку, а если потери достигают 10-12%- перестает биться сердце.( без воды человек может прожить только 3 дня, в то время как без пищи от30-до 50 дней). Без воды немыслимо очищение организма от шлаков, регуляция температуры тела, транспортная работа крови. Вода поддерживает кислотно-основное равновесие организма, большинство тканей и органов состоят из воды.

? Как вы думаете в каком органе больше воды, а в каком наименьшее количество?

Содержание воды в организме человека

Головной мозг:
Серое вещество
Белое вещество
83%
70%
Спинной мозг 74,8%
Почки 82%
Сердце 79%
Легкие 79%
Мышцы 75%
Кожа 72%
Печень 70%
Скелет 46%
Зубная эмаль 0,2% Самая низкая
Плазма крови 92%
Стекловидное тело глаза 99% 2 место
Слюна 99,4% 3 место
Желудочный сок 99,5% 1 место Самое высокое

Человек на 65% состоит из воды.

Надпись на доске “Вода – самое необыкновенное вещество в мире”

Учитель физики: Изучение физических свойств воды началось в XVII в., то есть задолго до того, как был определен ее химический состав.

Отгадайте загадку:

Темным облаком летела,
Опустилась птицей белой,
Превратилась в человечка, постояла у крылечка,
Покатилась кувырком и запела ручейком.

Ответ: 3 агрегатных состояния воды - пар, снег, лед, жидкая вода.

Уникальное свойство, характерное только для воды: 3 агрегатных состояния. Вода может из одного агрегатного состояния переходить в другое. Эти превращения – таяние, испарение, кипение, конденсация, замерзание сопровождаются тепловыми явлениями. В природе агрегатные состояния воды: лед, снег, изморозь, вода, роса, туман, пар, облака.

Вода – жидкость без цвета, вкуса, запаха;
Температура кипения - 1000С
Температура замерзания - 00С
Плотность при 40С – 1г./ см3

Учитель химии: Если внимательно приглядеться к воде, то увидим, что привычное вещество обладает некоторыми совершенно удивительными свойствами. Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул.

В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода:

Молекула изогнута под углом: в вершине угла находится атом кислорода, а по краям –два атома водорода. Поскольку кислород притягивает атомы сильнее, чем водород, молекула воды полярна: ее кислородный атом несет частичный отрицательный заряд, а каждый из двух атомов водорода- частично положительный заряд.

Частично отрицательный атом кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул; поэтому молекулы воды связаны друг с другом водородными связями

Практическая часть: Собрать модель воды.

В жидкой воде эти слабые связи быстро образуются и столь же быстро разрушаются при беспорядочных соударениях молекул. Благодаря особой структуре молекул воды и их способности связываться друг с другом при помощи водородных связей вода обладает рядом свойств, имеющих важное значение для жизни:

Учитель физики:1. Вода способна слипаться сама с собой (когезия) и другими веществами (адгезия). Воду можно налить в стакан “с верхом” и она не прольется. Клопы-водомерки бегают по воде, как по суху. Подобные “фокусы” возможны благодаря “поверхностному натяжению воды”, из-за которого ее поверхность ка бы покрыта “кожицей”. Поверхностное натяжение воды обуславливается когезией, т.е. тем, что молекулы сцеплены между собой посредством водородных связей. Опыт: стакан с водой и булавка

2.Полярные молекулы воды сильно притягиваются также любой поверхность, несущей электрический заряд. Этой адгезией объясняются капиллярные свойства воды – ее способность подниматься по тонкой стеклянной трубке или по мелким порам, например: бумаге или же в почве (боронование земли)

Молекулы воды прилипают к поверхности стекла или волокна и благодаря сцеплению с нижележащими молекулами втягивают их в стеклянную трубку или пору. Опыт:

3.Вода обладает высокой теплопроводностью. Теплопроводность – это мера способности теплоты распространяться по данному веществу. В живом организме непрерывно происходят реакции, сопровождающиеся выделением тепла. Благодаря высокой теплопроводности воды это тепло равномерно распределяется по всей воде, содержащейся в организме; тем самым устраняется риск возникновения локальных “горячих точек”, которые могли бы послужить причиной повреждения каких-либо тонких структур (опыт: пробирка с водой).

4. Высокая температура кипения. Для того чтобы заставить молекулы воды двигаться со скоростью, достаточной для разрыва водородных связей, которыми они соединены, требуется затратить много тепловой энергии. Достигнув температуры кипения (1000С), жидкая вода превращается в газ (водяной пар), в котором каждая молекула уже не связана ни с какой другой. К счастью для живых организмов, температуры на поверхности Земли редко достигают точки кипения. Температура кипения воды – предел существования для многих живых организмов. Вот почему кипячение убивает большинство болезнетворных бактерий. (Опыт: бумажный стаканчик кипятить с водой)

5. Испарение. Вода, испаряясь, способствует охлаждению тела. Поскольку на испарение воды расходуется много тепла, молекулы, достигшие “скорости убегания” и переходящие из воды в воздух, уносят с собой значительные количества тепловой энергии. Многие живые существа используют это свойство воды для охлаждения тела. Потоотделение у человека и тепловая одышка у собак могут служить примером охлаждения путем испарения воды в животном мире. Вода при испарении увеличивает свой объем в газообразном состоянии более чем в 1000 раз. Вот почему вода в виде пара используется в паровых котлах как рабочее тело. Лед и снег так же испаряются, как и вода, и за зимний период испаряется около 1/3 части выпавшего снега.

6. 60 капель холодной воды, упавшие на голову человеку с высоты 50 см., убивают его. В древности даже существовала смертельная казнь “каплями воды”.

7. Вода имеет высокую температуру замерзания, а ее плотность максимальна при 40С. Температура Замерзания воды несколько выше, чем было бы для идеальной жизни, поскольку живые организмы во многих областях вынуждены существовать при температурах, при которых вода замерзает.

Большинство веществ с понижением температуры сжимается, и плотность их возрастает. Вода отличается необычным свойством: она имеет максимальную плотность при 40С, что несколько выше ее температуры замерзания (00С). При охлаждении от 40С до 00С вода расширяется. В кристалле льда расстояние между молекулами воды больше, чем в жидкой воде, поэтому кристалл льда больше объема той воды, из которой он образовался.

Если кристаллы льда образуются в живом организме, то они могут разрушить его тонкие внутренние структуры и вызвать его гибель. У озимой пшеницы, у ряда насекомых, у лягушек и у некоторых видов есть природные антифризы, предотвращающие образование льда в их клетках.

Низкая плотность льда выгодна водным животным: лед плавает на поверхности воды, создавая изолирующий слой, преграждающий доступ к ней холодного воздуха. Это замеляет превращение остальной воды в лед и спасает организмы, живущие подо льдом, от замерзания. Опыт: плавание тел в воде. (Н: рыбы в воде)

8 Давление. Принцип сообщающихся сосудов (фонтан)Опыт:

9. Диффузия в воде (заварить чай)Опыт:

10. Электропроводность воды Опыт:

Учитель химии: 1. Еще одним из основных свойств является растворяющая способность.

Вода растворяет твердые, жидкие, газообразные вещества и даже золото. Подсчеты показывают, что в воде всех морей, океанов содержится около 8 млрд тонн золота. В медицине широко используется физиологический раствор 0,9% раствор поваренной соли (NaCl).

“Жидкой рудой” называют океанскую воду. В каждом м3 ее растворено более 35 мл. тонн твердых солей. Уже сегодня из морской воды извлекают Na, CL, Au, U.

  1. Горение водорода в кислороде 2H2+O2=2H2O
  2. Растворение солей в воде
  3. Щелочные металлы и вода

Опыт: Na в бумажном кораблике плавающем по воде)

    2Na+2H2O=2NaOH+H2

    Mg+ H2O= MgO+ H2

  1. Взаимодействие оксидов с водой CaO+H2O=Ca(OH)2
  2. Серебряная вода.

Еще 2500 лет назад персидский царь Кир во время походов пользовался водой, сохраняемой в серебряной посуде. В древней Индии для обезвреживания воды от патогенной микрофлоры в нее погружали раскаленное серебро. Многовековой опыт показал, что ионы Ag+ подавляют размножение многих бактерий.

Впервые научные наблюдения над серебряной водой в конце XIX в. провел швейцарский ботаник Негели. Серебряная вода используется при полетах космонавтов. В Японии и США серебро применяется для обеззараживания воды в плавательных бассейнах. В Китае – для производства минеральных и фруктовых вод. Серебряная вода применяется для консервирования сливочного масла и маргарина, молока, микстур и даже для ускорения процессов старения вин и улучшения их вкусовых качеств.

Электролитический раствор серебра служит эффективным средством при лечении воспалительных и гнойных процессов, желудочно-кишечных заболеваний, язвенных болезней, холецистита, воспаления глаз, носоглотки, ожогов и т.д.

7.Вода у древних химиков считалась самым главным элементом. “Вода – начало всех начал”.

Вода у народов древней Руси служила источником для создания легенд, преданий и сказок (русалки, водяные и т.д.; живая и мертвая вода). В некоторых сказках упоминается о мертвой и живой воде, которая делала главного героя прекрасным, давала ему силы и возвращала к жизни.

Водород имеет три изотопа: протий, дейтерий, тритий. Человек за долго до открытия изотопов интуитивно чувствовал различия природных вод.

“Живая вода” -протий;
“Мертвая вода” - дейтерий.

При замерзании тяжелая вода вымораживается, концентрация дейтерия в талой воде ниже нормы.

Антарктида - главная фабрика “живой” воды, так как с поверхности водоема преимущественно испаряется легкая вода; океаническая и морская воды содержат больше дейтерия. Снег, лед гор обеднен тяжелой водой. В растениях дейтерия часто больше чем в почве, вследствие испарения легкой воды листьями. В водах глубин тяжелой воды меньше, что трудно объяснимо. Земля за время существования теряет протий и обогащается дейтерием.

Исходя из предположений о потере Землей протия и постепенном обогащении дейтерием, сам факт быстрого роста и огромного роста растений и животных в доисторические эпохи объясняется большим содержанием в природных водах протия, а обитание современных пигмеев и карликовых животных в западной части Экватора Африки – океанскими ветрами, обогащающими эту территорию дейтерием.

Наличие “живой” (легкой) воды – вот причина долгожительства северян в сравнении с южанами. Само возникновение очагов цивилизации в Египте, Междуречье Индии, Китая, а так же Империи Инков часто объясняется использованием талых вод ледников. Самые долгоживущие деревья произрастают на восточных склонах Кордильер, а самая пышная растительность отмечается на восточных склонах Анд. Обе гипотезы требуют серьезных экспериментальных проверок.

Наиболее ценной для организма является талая вода. Она оказывает благоприятное биологическое воздействие на организм. Абсолютно чистая вода обладает феноменальным поверхностным натяжением. С другой стороны чистая вода вредна для организма человека: в ней нет полезных солей и газов. Она вымывает из клеток желудка соли, которые содержатся в желудочном соке.

А сколько скрытых возможностей таит в себе вода?

Если ее заморозить (образуется структурированная вода - без информации), а потом использовать для питья, или добавить “стимулятор”- тогда у воды появляется “память”.

А если ее хранить на свету в сосуде из стекла разных цветов, то в зависимости от показателя преломления света в стекле вода становится целебной и лечит разные заболевания человека.

Надпись на доске “Вода – эликсир жизни”

С водой связана актуальная проблема современности – охрана окружающей среды, которая заключается и в защите водоемов от загрязнений, и очистке сточных вод предприятий. Думал ли кто из вас, что будут покупать чистую “Люкс” воду?

Природная вода не может быть химически чистой, так как содержит разнообразные примеси, отсутствующие в чистой дистиллированной , которой поэт Л.Мартынов, посвятил строки:

Благоволила литься!
Она блистала столь чиста
Что ни напиться, ни умыться.
И это было не спроста:
Ей не хватало ивы, тела
И горечи цветущих лоз.
Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз,
Ей не хватало течь везде,
Ей жизни не хватало чистой
Дистиллированной воде!

Совершая круговорот, вода участвует во многих химических и физических процессах живой и неживой природы. При этом она может подвергаться загрязнению. Как же получается чистая вода?

Опыт: очистка соли от песка.

Механическая очистка —> биохимическая очистка —> осветление —> обеззараживание —> стабилизация —> умягчение

Техническую воду можно дополнительно опреснять, обессоливать, дегазировать. Во всем мире остро стоит проблема пресной воды. Один из путей ее получения – опреснение соленой морской воды. Разрешить проблему получения пресной воды из морской мечтал еще древнегреческий философ Аристотель. В настоящее время в мире построено около 100 опреснительных станций.

Учитель ИЗО. “Сок жизни” -так назвал воду итальянский художник Леонардо Да Винчи. Это определение соответствует действительности.

Леонардо да Винчи много труда положил на разработку конструкций водяных двигателей. Особенно ярким было создание оригинальной системы шлюзов. Из гигантских, доставленных из альпийских лесов дубовых стволов были изготовлены шлюзовые камеры и ворота. Своими размерами, искусством постройки, четкостью и бесперебойностью работы эти шлюзы вызывали восхищение не только современников, но и последующих поколений. Канал был открыт. Широкая полноводная река Мартезана прорезала безводное пространство. Леонардо смотрел, как воды Адды, пенясь и набегая друг на друга, заполняли ложе канала. Леонардо делал рисунки мельниц, сукновальных машин и приборов, которые можно было пускать в ход силою воды.

Одно из самых удивительных творений рук человека было недавно обнаружено на Соловецких островах: там открыт деревянный водопровод, построенный монахами еще в петровскую эпоху. Деревянные трубы – стволы огромных деревьев длинной около 14 м. и диаметром 60см. Для постройки такого водопровода использовалась морская лиственница, трубы скреплялись кованными обручами. Проведенные обследования водопровода дают возможность с уверенностью сказать, что в такой уникальной системе потери воды практически отсутствуют. Вот такими умельцами были наши предки.

Доклады учащихся:

  1. Очистные сооружения в Челябинске и Челябинской области.
  2. Озера пресные и соленые
  3. Способы очистки воды на предприятиях

Нельзя допустить, чтобы реки и другие водоемы загрязнялись. Ни один завод или другое промышленное предприятие недолжно работать без очистных сооружений. Нельзя допускать потерь питьевой воды. С этой целью устанавливаются водосчетчики, строго учитывающие воду. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) установила, что экономия воды составляет 33%

? Знаете ли вы, что… первый закон об охране вод был написан Петром I.

Тест.

  1. Почему в зимнее время в водоеме сохраняется жизнеспособность их обитателей?
  2. Полезно ли человеку пить абсолютно чистую воду?
  3. Почему лед плавает?
  4. Почему по воде “бегают” водомерки?
  5. Что такое “синий уголь” (энергия отливов и приливов)?
  6. С какой целью в автомобилях и тракторах применяют воду?
  7. Когда и кем был устроен 1-й водомерный пост для наблюдения за уровнем воды в реке (в 1715г. Петром I на реке Неве у Петропавловской крепости)?

Всемирный “День воды” отмечается 22 марта.

И хочется закончить красивыми строками:

Безбрежная ширь океана
И тихая заводь пруда,
Струя водопада и брызги фонтана,
И все это – только вода
Высокие гребни вздымая,
Бушует морская вода
И топит как будто играя,
Большие морские суда.
В кружево будто одеты
Деревья, кусты, провода,
И кажется сказкою это
А в сущности –только вода!