О.С.ГАБРИЕЛЯН, Т.Н.ПОПКОВА,
Г.А.СИВКОВА, С.А.СЛАДКОВ

Вода в нашей жизни

Учебно-методическое пособие к элективному курсу
для 9 класса основной школы или 10–11 классов
базового уровня средней школы

Продолжение. Начало см. в № 3, 4, 5, 6, 7, 8/2009

§ 6. ВОДА – ОСНОВА ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Цель. Познакомить учащихся с основными видами биологически активных вод искусственного и природного происхождения. Продолжить формирование ответственного отношения к сохранности водных ресурсов и собственного здоровья.

Форма занятия. Семинар. Сообщения учащихся.

Домашняя лабораторная работа.

 

План занятия

Вода живая и мертвая.

Открытие и свойства тяжелой воды.

Получение биологически активной воды.

Исследовательский эксперимент «Приготовление биологически активной воды» (инструктаж учащихся).

Беседа для закрепления учебного материала.

Вода живая и мертвая

Учитель. В некоторых русских сказках присутствуют упоминания о живой и мертвой воде. Живая вода придавала сказочным персонажам молодость, здоровье, а порою и воскрешала; мертвая вода погружала человека в сон, подобный смерти. Сказка – ложь, да в ней намек. Подобные живая и мертвая вода существуют и в природе. Так вода, образующаяся при таянии снега и льда, поистине животворящая. Ее благотворное влияние на развитие флоры и фауны подтверждено многочисленными экспериментами. Талая вода активизирует обменные процессы в организме человека и применяется в лечении некоторых заболеваний.

Существуют природные воды, которые оказывают совсем иное действие. Вода Мертвого моря, находящегося на территории Израиля, не утоляет жажды, в ней нет растительной и животной жизни. Рукотворная мертвая вода образуется в результате техногенных катастроф. Ежегодно от попадания в воду нефти, нефтепродуктов погибает много рыбы и других морских обитателей.

Затем учитель предлагает прослушать сообщение учащегося на тему:

«Открытие и свойства тяжелой воды».

Научный подход в изучении свойств воды начался с ХVIII в. А.Лавуазье, Ж.Гей-Люссак, Г.Дэви установили, что при разложении воды образуются два объема водорода и один объем кислорода (т.е. вода имеет формулу Н₂О). В химии это было открытие мирового масштаба. Далее на протяжении полутора веков ученые успешно изучали воду, но им долго не удавалось сделать каких-либо сенсационных сообщений. Это случилось лишь в 1932 г.

Американские ученые Г.Юри и Э.Осборн обнаружили, что даже в самой чистой воде, которую можно получить в лабораторных условиях, содержится незначительное количество какого-то вещества, по-видимому, с той же химической формулой Н₂О, но с молекулярной массой, равной 20. Ее стали называть тяжелой водой. Позднее было выяснено, что довесок в две единицы объяснялся особым составом атомов водорода. Их ядра содержали, кроме одного протона, составляющего ядро обычного водорода, дополнительный нейтрон. Эти тяжелые изотопы получили название дейтерий (D или ), а обычные атомы водорода стали называть протием. Тяжелая вода изображается формулой D₂O.

Вскоре были открыты еще сверхтяжелые изотопы водорода с одним протоном и двумя нейтронами в ядре, они были названы тритием (обозначается Т или ). В соединении с кислородом тритий образует сверхтяжелую воду Т₂О с молекулярной массой 22.

Физиками также были найдены изотопы кислорода с атомными массами 16 (обыкновенный кислород), 17 и 18. Все вновь открытые изотопы в общей сложности составляют лишь ничтожную часть от общей массы водорода и кислорода, в природных водах содержится в среднем около 0,016 % тяжелой воды, т.е. на один атом дейтерия приходится 6600 атомов протия. Таким образом, природная вода может быть представлена формулой Н₂О, т.к. в ней 99,984 % обычных изотопов водорода (протия).

Тяжелая вода внешне похожа на обычную воду, но по многим физическим свойствам она отличается от нее. Температура кипения тяжелой воды 101,4 °С, точка замерзания +3,8 °С, она на 11 % тяжелее обычной. Самую большую плотность тяжелая вода имеет при 11 °С. Ее удельный вес при 25 °С равен 1,1, и она на 5–15 % хуже растворяет различные соли. В тяжелой воде скорость протекания некоторых химических реакций иная, чем в обычной воде, например, разложение ее электрическим током на водород и кислород происходит в пять раз медленнее. Обычная вода испаряется легче, неиспарившийся остаток будет содержать чуть больше тяжелой воды.

И в физиологическом отношении тяжелая вода воздействует на живое вещество иначе. Например, если ее использовать для полива, растения не развиваются, семена не прорастают. Головастики, микробы, черви, рыбы не выживают в тяжелой воде, а если наземных животных напоить ею, они погибнут. Было высказано предположение, что тяжелая вода, вернее, тяжелый водород постепенно накапливается в живых тканях, становясь своего рода тормозом для жизненных функций. Дейтерий замедляет обмен веществ и практически не выводится из организма. Тяжелая вода является мертвой. Вода, содержащая дейтерий, используется в атомных реакторах для замедления нейтронов, выступая одним из регуляторов цепной реакции деления урана. Тритий применяется в качестве ядерного горючего для водородной бомбы, а также весьма перспективен для проведения управляемой термоядерной реакции.

Сообщение учащегося:

«Получение биологически активной воды».

«Живая» вода – это талая вода. Ее чудесные целебные свойства связывают не с отсутствием в ней дейтерия (его столько же, сколько и в любой другой воде), а с тем, что в течение некоторого времени после таяния она частично сохраняет структуру льда, более «рыхлую», чем структура жидкой воды, в которой молекулы упакованы плотнее.

Весенний березовый сок представляет собой талую воду, прошедшую через живые клетки и обогатившуюся витаминами. Его издавна использовали для поддержания здоровья. Ученые обнаружили, что при таянии льда в короткое арктическое лето интенсивно развивается планктон. Снеговая вода увеличивает в 1,5–2 раза урожайность сельскохозяйственных культур, прирост молодняка, оказывает омолаживающее действие на организм, как животных, так и человека.

В талой воде сохраняются очаги ледяных структур. Это своего рода «память» воды, в пустоты ледяной решетки идеально укладываются биомолекулы без их повреждения, при этом сохраняются потенциальные жизненные функции.

При употреблении свежей талой воды фрагменты льдоподобной структуры размером 0,2 нм свободно проходят через стенки пищеварительного тракта и проникают в различные органы человека, производя оздоравливающее и омолаживающее воздействие на организм. Прокипяченная талая вода теряет свои чудесные свойства.

С давних времен известна серебряная вода, она применялась еще 2,5 тысячи лет назад. Персидский царь Кир во время походов пользовался водой, которая хранилась в серебряных сосудах. В Индии обезвреживали воду, погружая в нее раскаленное серебро. Приготовленная таким образом вода не портилась длительное время, использовалась для лечения кишечных инфекций и других заболеваний.

Научные исследования серебряной воды были впервые проведены в Швейцарии ботаником К.Негели в конце XIX в. Позднее были открыты эффективные способы получения и применения серебряной воды. В настоящее время во всем мире изготавливаются ионаторы для получения воды, обогащенной ионами серебра, обладающими антимикробным действием. Электролитический раствор серебра нередко применяется для консервирования молока, сливочного масла, меланжа, маргарина, для повышения сроков хранения некоторых микстур, ускорения процессов старения вин и улучшения их вкусовых качеств.

Серебряная вода служит эффективным лечебным средством при воспалительных и гнойных процессах, а также в лечении желудочно-кишечных заболеваний, язвенной болезни, воспалительных процессов носоглотки и глаз, ожогов и т.д. В последнее время лечебные свойства ионов серебра находят все более широкое применение в косметологии.

Большой практический интерес представляет намагниченная вода. Ее получают путем пропускания через магниты, вмонтированные в трубопровод. Проходя через невидимые силовые линии магнитного поля, вода изменяет некоторые свои физико-химические свойства. В ней возрастает скорость химических реакций, ускоряется кристаллизация растворенных веществ, увеличивается слипание твердых частиц примесей и выпадение их в осадок с образованием крупных хлопьев (коагуляция). С этой целью намагничивание успешно применяется на водопроводных станциях при большой мутности воды, позволяя эффективнее освобождать воду от загрязнений.

Использование намагниченной воды в нагревательных котлах практически прекращает оседание накипи на их стенках. Кроме того, было установлено, что магнитная обработка ускоряет растворение некоторых веществ (например, сульфата магния в 120 раз). Она повышает скорость адсорбции поверхностно-активных веществ, как на твердых поверхностях, так и на границе раздела вода–воздух.

Большая эффективность применения намагниченной воды наблюдается при производстве бетона, затвердевание которого ускоряется с 28 до 7 дней, прочность повышается в среднем на 45 %. При этом расход цемента сокращается приблизительно на 16 %. Причины изменения свойств воды под воздействием магнитного поля пока еще до конца не выяснены.

Таким образом, самое удивительное и простое вещество на Земле – вода – таит в себе еще много тайн, которые наука должна изучить и использовать на благо человечества.

Учитель. В домашних условиях несложно получить разные виды биологически активных вод: талую, намагниченную, серебряную, кремниевую и даже шунгитовую. Минералы, установки для подготовки активированной воды стали доступнее, они представлены в аптечной и торговой сети и применяются во многих семьях.

Предлагаю вам познакомиться с инструкцией по выполнению домашнего исследовательского эксперимента:

«Приготовление биологически активной воды».

Ученики выбирают серии экспериментов с учетом имеющихся в домашнем хозяйстве средств для получения активированной воды (таблица). Ею предстоит поливать луковицы для получения витаминной зелени. Следует выбрать небольшие головки репчатого лука, на один опыт потребуется по 3–4 штуки.

Таблица

Подготовка активированной воды

Субстратом для выращивания витаминной зелени могут служить земля, опилки, речной песок или вата. Луковицы высаживаются в небольшие одноразовые пластиковые стаканчики, которые следует пронумеровать.

Подписанные стаканчики следует разместить в небольшой коробке на подоконнике и умеренно (по столовой ложке) поливать через день, используя для каждого стаканчика свой вид активированной воды. Коробку надо поворачивать через 3–4 дня, чтобы обеспечить равномерность в освещении. Настоящие естествоиспытатели ежедневно записывают в тетради наблюдения, в проведении опытов возможны определенные коррективы. Если в комнате будет очень тепло и воздух в ней достаточно сухой, лук начинает вянуть, тогда лучше увеличить полив до 2–3 ложек.

Через две недели лук подрастет, его следует аккуратно срезать до основания, разложить по порциям соответственно сериям экспериментов. Естествоиспытателям предстоит вооружиться линейкой, измерить длину всех перьев. Суммарная величина и будет итоговым показателем. В семейном кругу можно отпраздновать первые научные успехи. Салат с доморощенным луком будет аппетитным и полезным дополнением.

На основании полученных научных результатов учащимся предстоит выступить с сообщениями, на которых для наглядности представляются таблицы или графики.

Беседа для закрепления учебного материала

В конце урока учитель проводит беседу с учащимися, используя следующие вопросы.

1) Что называют изотопами?

2) Какие изотопы водорода вы знаете?

3) Почему дейтериевую воду D₂O называют тяжелой водой?

4) Какими свойствами обладает серебряная вода и почему она применяется в косметологии?

5) Какая вода называется намагниченной, где она используется?

Учитель. В качестве домашнего задания подготовьте сообщение «Сравнение свойств легкой и тяжелой воды», пользуясь дополнительной литературой.

Л и т е р а т у р а

Спенглер О.А. Слово о воде. Л.: Гидрометеоиздат, 1980; Ширшина Н.В. Химия: Проектная деятельность учащихся. Волгоград: Учитель, 2007; Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных. Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1985; Дерпгольц В.Ф. Мир воды. Л.: Недра. Ленингр. отд-ние, 1979; Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. М.: Дрофа, 2002; Ивчатов А.Л., Малов В.И. Химия воды и микробиология. М.: ИНФРА-М, 2006.

Печатается с продолжением