Экологическая гидрохимия

Элективный курс

Пояснительная записка

Программа элективного курса «Экологическая гидрохимия» рассчитана на два года (9–10 классы или 10–11 классы).

Цели. Развитие научно-познавательной активности учащихся, формирование экологического мировоззрения, изучение методов оценки нормального и «нарушенного» состояния природных вод, подготовка (в рамках непрерывного образования) к поступлению на специальности экологического направления.

Задачи:

– формирование представлений о роли воды в функционировании всей современной биосферы и о взаимосвязи деятельности человека и природы;

– изучение химического состава природных вод и закономерности его изменения, обусловленные процессами жизнедеятельности;

– выполнение научно-исследовательской работы в области экологии, охраны окружающей среды;

– развитие практических навыков в химическом анализе;

– формирование умений и навыков самостоятельной исследовательской работы (анализировать результаты исследований, оформлять отчеты, рефераты, выступать с результатами исследований на семинарах и конференциях).

Тематический план 1-го и 2-го года обучения включает в себя учебные и научно-исследовательские занятия.

Программа 1-го года обучения состоит из 8 разделов. Ученики повторяют основы химии, получают знания, умения и специальные навыки, не включенные в школьную программу (по разделам: физико-химические процессы и их применение для очистки веществ; природная вода, инструментальные методы определения ее качества и др.). Программа реализуется на занятиях различного типа: беседы с элементами лабораторного эксперимента, лабораторные работы, семинарские занятия с элементами лабораторного практикума, практические занятия по освоению методик анализа природной воды и др.

Программа 2-го года обучения включает в себя практические работы по выбору (небольшие по объему исследования природных водных объектов, исследования в полевых условиях), а также индивидуальные исследования по выяснению связи состава и свойств природных вод с параметрами среды (концентрируя внимание на их взаимосвязи с процессами жизнедеятельности). Особое значение имеют работы, направленные на расширение знаний о водных объектах вашего города или района и их обитателях, а также экологических проблемах, связанных с их охраной.

Занятия, необходимые для одаренных детей, включают освоение весьма сложных методик химического, биохимического и инструментального анализа, изучение литературных источников, выполнение систематических исследований водных объектов и их обитателей, анализ результатов, оформление отчета и его публичную защиту, представление результатов исследования на конференциях различного уровня. Над одной темой могут работать 2–3 человека. Количество часов, отводимое на разработку темы, зависит от ее сложности.

Одаренные дети на научном уровне изучают свойства воды и их значимость для функционирования наземных водных экосистем, кислотно-основные превращения в природных водах, проблемы загрязнения биосферы. Параллельно они осваивают новые информационные технологии: Интернет для получения информации, компьютерные программы для обработки и представления результатов эксперимента на конференции, презентация и др.

Особенностью данного элективного курса является наличие лабораторного практикума, рассчитанного на разный уровень знаний химии, способствующего углублению знаний и развитию практических навыков учащихся. Исследовательская направленность программы позволяет развивать познавательную самостоятельность учащихся, обучает использовать весьма сложные методики химических и биологических исследований.

Успешность изучения элективного курса оценивается по двум направлениям:

– общий курс – по завершении изучения каждого раздела;

– научно-исследовательская работа – раз в три месяца.

В течение года уровень знаний и развитие практических и исследовательских навыков оцениваются в ходе занятий, при написании рефератов, выполнении экспериментов, анализе результатов экспериментов и оформлении отчетов или докладов. Ежегодно обучающиеся представляют свои научные работы на конференции и конкурсы различного уровня.

Изучение природных вод и их изменений в элективном курсе «Экологическая гидрохимия» повышает престиж научно-исследовательской работы, позволяет учащимся лучше ориентироваться в выборе своей будущей профессии, учит творческому подходу в исследовательской деятельности.

Тематическое планирование

Введение.

Предмет, объекты и задачи экологической гидрохимии. Структура гидросферы.

Т е м а 1. Предмет и задачи курса.

Экскурсии в химические лаборатории предприятий, вузов. Знакомство с правилами техники безопасности при выполнении работ в химической лаборатории. Техника выполнения лабораторных работ.

Т е м а 2. Простые приборы для выполнения исследовательских работ.

Лабораторная посуда для качественного, количественного (в том числе и весового) анализа. Мерная посуда. Чистота химической посуды. Сборка простых приборов для изучения химических процессов и реакций. Развитие специализированных навыков работы с тонкой стеклянной посудой. Простой химический эксперимент.

Т е м а 3. Типы химических реакций.

Углубление знаний о химических реакциях. Развитие специализированных навыков работы. Реакции обмена. Реакции замещения. Реакции разложения. Реакции соединения. Реакции нейтрализации. Качественные реакции с селективными реагентами. Качественное определение ионов.

Т е м а 4. Методы очистки веществ.

Изучение процессов получения чистых веществ. Перекристаллизация. Дистилляция. Ректификация. Изучение зависимости температуры кипения, оптических параметров от чистоты вещества. Развитие специализированных навыков работы. Способы контроля чистоты вещества.

Т е м а 5. Физико-химические процессы и их применение для очистки веществ.

Изучение правил обращения с весами, взвешивание. Аналитические и технологические весы. Развитие специализированных приемов работы на весах. Получение точных навесок твердых веществ. Взвешивание жидких веществ. Определение плотности веществ.

Изучение процесса фильтрования, фильтрующие материалы для разделения суспензий, приборы. Гравиметрический метод анализа. Определение взвешенных частиц в природной воде. Экстракция. Знакомство с приборами для экстракции. Получение масла из семян. Разделение модельных смесей вода–нефть. Знакомство с процессом и приборами для адсорбции. Обесцвечивание окрашенных растворов с помощью различных адсорбентов. Знакомство с окислительно-восстановительными реакциями.

Т е м а 6. Растворы.

Изучение понятий «растворение», «растворимость», «насыщение». Способы выражения концентрации растворов. Расчеты концентрации (процентная, молярная, нормальная, титр). Приготовление бесцветных и окрашенных растворов различной концентрации из точных навесок веществ разных молекулярных масс.

Т е м а 7. Природная вода. Инструментальные методы определения ее качества.

Природная вода. Изучение значения воды для жизни человека. Экология водных систем. Изучение влияния различных видов деятельности человека на экологию. Формирование бережного отношения к природе. Физико-химический состав природной воды. Отбор проб воды и снега. Изучение способов определения физических свойств воды. Методы определения прозрачности, цвета, запаха, вкуса. Изучение основ качественного анализа. Освоение методик анализа. Определение ионов веществ, растворимых в воде. Действие кислот и оснований на индикаторы. Знакомство с объемными, весовыми методами количественного анализа. Освоение методик анализа. Определение жесткости воды. Определение взвешенных частиц. Газы, растворенные в природной воде, и методы их определения.

Теоретический и практический материал для занятий

Предмет, объекты и задачи экологической гидрохимии.
Структура гидросферы

Термин «гидросфера» предложил в 1871 г. австрийский геолог Э.Зюсс, выделивший атмосферу, литосферу и гидросферу как природные геосферы, отличающиеся фазовым состоянием вещества, и биосферу как оболочку Земли, населенную живыми организмами. Учитывая особенности состава и превращений веществ в газообразной, твердой и жидкой (в форме водных растворов) оболочках Земли, закономерным явилось развитие таких самостоятельных наук химического профиля, как химия атмосферы, геохимия, гидрохимия, гидрогеохимия.

О.А.Алекин определил гидрохимию как науку, изучающую химический состав природных вод, а также его изменения во времени и в пространстве в зависимости от физических, химических и биологических процессов. В отличие от химии водных растворов, гидрохимия в качестве объекта исследований имеет дело со сложными гетерогенными системами, находящимися во взаимодействии друг с другом, а также с атмосферой, вмещающими породами, донными отложениями, почвами, биотой при параметрах (давление, температура, химический состав), определяемых условиями их нахождения. Поэтому в гидрохимии важным аспектом является выяснение связи состава и свойств природных вод с параметрами среды.

Экологическая гидрохимия изучает зависимость состава и свойств природных вод от процессов жизнедеятельности, как непосредственно протекающих в водной среде (гидроэкосистемах), так и обусловленных функционированием наземных экосистем. Отличительным признаком экологических дисциплин, по определению Э.Геккеля (1866), является изучение «… взаимоотношений организмов и окружающей среды, куда мы относим все условия существования». Поэтому объектами экологической гидрохимии являются природные экосистемы, а предметом – химический состав природных вод и закономерности его изменения, обусловленные процессами жизнедеятельности. Вопрос о том, что считать «нормой» и «нарушением» для объектов окружающей природной среды (ОПС), остается дискуссионным.

Можно выделить два подхода к этой проблеме. Первый – оценка качества ОПС с позиций влияния на здоровье человека. Второй – обращен к процессам функционирования природных комплексов, определяющим их состояние, качество атмосферного воздуха, природных вод, почв и т.д. Различие таких подходов отражается в ключевых определениях. Сравните определения: «Загрязнение ОПС – поступление любых твердых, жидких и газообразных веществ или видов энергии… в количествах, оказывающих вредное влияние на человека, животных и растения как непосредственно, так и косвенным путем» (Панин М.С. Химическая экология. Семипалатинск: Изд-во СГУ им. Шакарима, 2002) и «Загрязнение – неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ» (Рамад Ф. Основы прикладной экологии. Воздействие человека на биосферу. Пер. с франц. Л.: Гидрометеоиздат, 1981).

Принятое в современной науке определение таково: загрязнение ОПС – введение человеком, прямо или косвенно, вещества или энергии в атмо-, гидро- или литосферу, влекущее неблагоприятные изменения такого характера, как угроза здоровью человека, нанесение вреда живым ресурсам, ценностям ландшафта, экосистемам и законным способам использования природных ресурсов.

Данный элективный курс основан именно на таком экологическом подходе.

Лабораторное оборудование и посуда

Цель работы. Познакомиться с разными видами химической посуды и их назначением.

Оборудование. Колбы (круглодонные, плоскодонные, конические, колба Вюрца), цилиндры, стаканы, бюксы, тигли, ступки с пестиками и т.д.

С т е к л я н н а я п о с у д а. Основным требованием, предъявляемым к стеклянной посуде, является ее химическая и термическая устойчивость. Химическая устойчивость – это свойство стекла противостоять разрушающему действию растворов щелочей, кислот и других веществ. Термическая устойчивость – способность посуды выдерживать резкие колебания температуры.

Лучшим стеклом считается пирекс. Это стекло обладает термической и химической устойчивостью, имеет малый коэффициент расширения. Пирексное стекло содержит 80 % оксида кремния(IV). Температура его размягчения 620 °С. Для проведения опытов при более высоких температурах используют кварцевую посуду. Кварцевое стекло содержит 99,95 % оксида кремния(IV), температура размягчения его 1400 °С.

Пробирки простые и калиброванные (рис. 1) используют для проведения опытов с небольшим количеством реактивов. Объем реактива не должен превышать половины объема пробирки.

Лабораторные стаканы (рис. 2) выпускают различных размеров, с носиком и без носика, простые и калиброванные. Стаканы предназначены для выполнения самых разнообразных лабораторных работ.

Колбы (рис. 3) различного размера и формы (плоскодонные, круглодонные, конические) в лабораторной практике применяют очень широко.

Колба Вюрца представляет собой круглодонную колбу с отводной трубкой под углом 60–80 ° (рис. 4). Ее используют для получения газов, для отгонки жидкостей при атмосферном давлении.

Реторты (рис. 5) используют для различных препаративных работ (например, для получения HNO₃ и др.).

Воронки химические служат для фильтрования и переливания жидкостей. Капельные воронки используют для введения в реакционную среду жидких реактивов небольшими порциями. Воронки делительные применяют для разделения несмешивающихся жидкостей (рис. 6).

Капельницы (рис. 7) используют для введения реактивов небольшими порциями, по каплям.

Бюксы (рис. 8) предназначены для взвешивания и хранения жидких и твердых веществ.

Холодильники (рис. 9) – приборы для охлаждения и конденсации паров, образующихся при нагревании различных веществ. Их применяют при перегонке, экстракции и других процессах.

Часовое стекло используют для взвешивания твердых веществ.

Стеклянные ванны используют для собирания газов над водой. Кристаллизаторы применяют для получения кристаллов веществ из насыщенных растворов (рис. 10).

Соединительные элементы в установках по перегонке веществ называют аллонжи.

Эксикаторы применяют для высушивания и хранения веществ, легко поглощающих влагу из воздуха.

Ф а р ф о р о в а я п о с у д а. По сравнению со стеклянной, фарфоровая посуда обладает бо'льшей химической устойчивостью, бо'льшей термостойкостью. Фарфоровая посуда, так же, как и стеклянная, разнообразна по форме и назначению.

Фарфоровые чашки используют для выпаривания и упаривания растворов. Фарфоровые тигли – для прокаливания веществ при высоких температурах.

Фарфоровые ступки с пестиком применяют для измельчения твердых веществ.

П л а с т м а с с о в а я  п о с у д а. В лабораторной практике используют посуду, изготовленную из полимерных материалов (полиэтилен, полипропилен, фторопласт и др.) При высокой химической устойчивости такая посуда обладает низкой термостойкостью, и поэтому ее обычно используют в работах, не требующих нагревания. Из полиэтилена изготовляют воронки для жидких и сыпучих веществ, промывалки, капельницы, флаконы и банки для транспортировки и хранения химических реактивов.

Для закрепления посуды во время работы используют железные штативы с кольцами и лапками. Чтобы стеклянная посуда при нагревании не лопалась, ее устанавливают на металлические сетки, покрытые асбестом.

Фарфоровые чашки и тигли, а также стеклянные реторты и пробирки обычно нагревают на «голом огне». При нагревании стеклянных реторт и пробирок необходимо сначала прогреть их, водя осторожно пламенем горелки под пробиркой или ретортой.

Для защиты жидкости от загрязнений при нагревании в стаканах или при выпаривании в чашках рекомендуется стаканы покрывать часовым стеклом или сверху закреплять воронку (рис. 11).

Сильно нагретую химическую посуду, особенно стеклянную, нельзя сразу ставить на холодную или мокрую поверхность стола или подставки железного штатива. Но посуду с кипящей водой или раствором можно погружать в холодную воду или охлаждать струей воды из-под крана, следя за тем, чтобы капли воды попадали только на заполненную жидкостью часть сосуда.

При нагревании жидкости в пробирке нельзя нагревать последнюю выше уровня жидкости или только у дна. В первом случае пробирка может лопнуть, во втором возможен выброс жидкости. Необходимо равномерно нагревать пламенем ту часть пробирки, которая заполнена жидкостью.

М е р н а я  п о с у д а. Для измерения объемов жидкостей используют мерную посуду: мерные колбы, цилиндры, мензурки, пипетки.

Мерные колбы (рис. 12) служат для приготовления растворов точной концентрации и представляют собой плоскодонные колбы с длинным и узким горлом, на котором нанесена тонкая черта. Эта отметка показывает границу, до которой наливают жидкость.

Мерные цилиндры (рис. 13) представляют собой толстостенные стеклянные сосуды, которые для большей устойчивости имеют широкое основание (дно). Снаружи на стенках цилиндров нанесены деления, указывающие объем (в мл). Мерные цилиндры бывают различной емкости: от 10 мл до 2 л. Их назначение – измерять (с определенной погрешностью) различные объемы жидкости. Вместо цилиндров применяют иногда мензурки. Это сосуды конической формы с делениями на стенке (рис. 14). Назначение их такое же, как и мерных цилиндров.

Для отбора точно определенных объемов жидкостей служат пипетки. Они представляют собой стеклянные трубки небольшого диаметра с расширением посередине. Нижний конец пипетки слегка оттянут и имеет внутренний диаметр около 1 мм. На верхнем конце пипетки, выше расширения, имеется метка, до которой следует набирать жидкость. Некоторые пипетки снабжены двумя метками: в верхней и нижней частях пипетки. Нужный объем жидкости в этом случае заключается между обеими метками. Обычно пипетки бывают емкостью от 1 до 100 мл. Для отмеривания различных объемов жидкостей применяют пипетки в виде градуированной трубки (рис. 15).

М ы т ь е и  с у ш к а п о с у д ы. Посуда, употребляемая для опытов, должна быть чистой, ее моют водопроводной водой с помощью специальных щеток – ершиков, а затем несколько раз ополаскивают дистиллированной водой. Если посуда очень загрязнена, к воде прибавляют немного соляной кислоты или моют ее «хромовой смесью» (смесь дихромата калия с концентрированной серной кислотой). Мерную посуду моют тотчас же после употребления. Сушить мерную посуду в сушильном шкафу при высокой температуре не рекомендуется, поскольку даже минимальная деформация стекла влияет на измеряемый объем.

Очистка веществ методом перекристаллизации

Цель работы. Освоить метод перекристаллизации. Получить очищенное вещество.

Оборудование и реактивы. Воронка, стаканы химические, палочка стеклянная, цилиндр мерный на 25 см³, фильтр беззольный белая лента, штатив с кольцом, спиртовка, спички, вода дистиллированная, дихромат калия (K₂Cr₂O₇).

Т е о р е т и ч е с к а я  ч а с т ь

Сущность метода перекристаллизации. Для очистки химических веществ (растворимость которых сильно зависит от температуры) от примесей обычно применяют метод перекристаллизации. Перекристаллизация служит для удаления примесей только из веществ, способных кристаллизоваться, например из солей. Подготавливаемое к анализу вещество растворяют в минимальном количестве воды, нагретой до 90–95 °С. Горячий, насыщенный раствор фильтруют для отделения нерастворенных частиц. Фильтрат собирают в сосуд, охлаждаемый снегом или ледяной водой. При этом очищаемая соль выкристаллизовывается, а примеси остаются в растворе, т.к. по отношению к ним он не насыщен. Кристаллы соли отделяют от маточного раствора еще одним фильтрованием и сушат между листами фильтровальной бумаги. Из перекристаллизованного вещества берут навески для анализа.

О п ы т. Перекристаллизация дихромата калия

• Отмерить цилиндром 15 см³ дистиллированной воды, вылить в стакан и нагреть до кипения.

• Навеску дихромата калия K₂Cr₂O₇ (4,8 г) поместить в стакан и растворить при перемешивании стеклянной палочкой.

• Отфильтровать горячий раствор для отделения нерастворимых примесей.

• Охладить фильтрат.

• Отфильтровать кристаллы из охлажденного раствора (отделить от растворимых примесей).

• Промыть кристаллы дистиллированной водой, снять с воронки и отжать между листами фильтровальной бумаги несколько раз, до тех пор пока кристаллы не перестанут приставать к сухой стеклянной палочке.

• Высушить полученную соль в сушильном шкафу.

Весы. Техника взвешивания

Цель работы. Освоить технику взвешивания на технохимических и аналитических весах.

Оборудование и реактивы. Весы технохимические (ВЛКТ-500т-М), весы аналитические (АДВ-200), взвешиваемые предметы и вещества (например – химические стаканчики и поваренная соль), шпатели.

Т е о р е т и ч е с к а я  ч а с т ь

Взвешиванием называют сравнение массы данного тела с массой гирь, которая известна и выражена в определенных единицах (мг, г, кг и др.). Весы являются важнейшим прибором в химической лаборатории, т.к. почти ни одна работа в ней не обходится без определения массы того или иного вещества.

В зависимости от точности, с которой проводят взвешивание, весы разделяют на следующие группы:

1) для грубого взвешивания (точность до граммов);

2) для точного взвешивания (точность от 1 до 10 мг);

3) аналитические (точность от 0,0001 до 0,0002 г);

4) специальные (пробирные, торсионные и пр.).

Каждые весы имеют свой набор гирь (разновесов), расположенных в футляре в определенной последовательности. Каждая гирька помещается в отдельное гнездо футляра. Разновесы массой в 1 г и более имеют вид гирек. Миллиграммовым разновесам, изготовляемым из листового алюминия, придают различную форму, позволяющую легче заметить и взять нужную. Чтобы не загрязнить разновесы, их берут только пинцетом, который также находится в футляре.

Для точного взвешивания применяют технохимические весы, их грузоподъемность может составлять от 200 г до нескольких килограммов. В отличие от весов для грубого взвешивания, у весов для точного взвешивания имеется так называемое арретирное устройство и балансировочные гайки. При помощи арретирного устройства самые ответственные части весов (призмы коромысла и подушки) в нерабочем положении (арретированные весы) отделяются и не касаются площадок. Это предохраняет призму от износа, а весы – от потери чувствительности. При взвешивании весы приводят в рабочее положение поворотом ручки арретира. Если при опускании арретира весы не будут находиться в равновесии, то сначала это равновесие достигается при помощи балансировочных гаек.

Аналитические весы АДВ-200 позволяют взвешивать с точностью до 0,0002 г при нагрузке, не превышающей 200 г. Для весов этого типа в наборе разновесов имеются только граммовые гирьки. Миллиграммовые разновесы имеют вид колец и подвешены внутри весов. При помощи системы рычагов они навешиваются на специальную планку, прикрепленную к правому плечу коромысла. Навешивание осуществляется при помощи двух вращающихся дисков с нанесенными на них цифрами. Поворотом внешнего диска можно навесить разновесы от 100 до 900 мг, при вращении внутреннего диска навешиваются разновесы от 10 до 90 мг. Миллиграммы и их десятые доли определяют по величине отклонения стрелки от нулевого деления шкалы. Увеличенное изображение микрошкалы наблюдают с помощью оптического приспособления на световом экране, так называемого вейтографа. Осветитель экрана включается автоматически при повороте арретира. Каждое деление микрошкалы, обозначенное цифрой, отвечает нагрузке в 1 мг. Расстояние между двумя соседними делениями разделено на 10 частей, каждая из которых соответствует 0,1 мг. Следовательно, отсчет по шкале вейтографа дает третий и четвертый десятичные знаки определяемого веса (в граммах).

Весы обычно устанавливают в отдельной, так называемой «весовой» комнате, чтобы исключить влияние лабораторной атмосферы и предупредить их преждевременную порчу. Желательно, чтобы весы были защищены от прямых солнечных лучей и резких колебаний температуры. Для защиты весов от сотрясений их устанавливают на кронштейнах, укрепленных в капитальной стене. Для регулировки положения у весов имеются передние винтовые ножки. При правильной установке технохимических весов острие отвеса должно совпадать с вершиной конуса, находящегося у подножки колонки. У аналитических весов вместо отвесов имеются жидкостные уровни с пузырьком воздуха.

Работая с весами, необходимо соблюдать следующие правила:

1) во время взвешивания не сдвигайте весы с занимаемого ими места, не облокачивайтесь на полку, на которой установлены весы;

2) загрузку весов взвешиваемыми веществами или предметами и снятие их, а также помещение на чашки весов разновесов и их снятие производите только при арретированных весах;

3) прежде чем поставить взвешиваемый предмет на левую чашку весов, проверьте, нет ли загрязнений на его внешней поверхности;

4) нельзя класть взвешиваемое вещество непосредственно на чашку весов, все вещества взвешивают в соответствующей таре: бюксах, тиглях или на часовых стеклах;

5) нельзя ставить на чашку весов теплые (или холодные) предметы, взвешиваемое тело должно предварительно остыть (или нагреться) в эксикаторе до комнатной температуры;

6) нельзя нагружать весы сверх предусмотренной для них предельной нагрузки;

7) диск арретира поворачивайте медленно, плавно, осторожно;

8) нельзя выполнять на аналитических весах грубые взвешивания, приблизительное количество вещества отвешивайте на технохимических весах;

9) все взвешивания по ходу работы проводите на одних и тех же весах и с одним и тем же набором разновесов.

О п ы т 1. Взвешивание на технохимических весах

• Проверить, установлены ли весы строго по отвесу.

• Проверить исправность весов. Для этого поворотом арретира вправо весы разарретировать и наблюдать за качанием стрелки. Если разница в отклонениях стрелки по обе стороны от нуля шкалы не превышает 1–1,5 деления, весы считаются исправными.

• Получить у преподавателя взвешиваемый предмет.

• Взвешиваемое тело поместить на левую чашку весов, а разновесы – на правую.

• При взвешивании разновесы на чашку весов помещать в нисходящем порядке, т.е. начинать с разновесов, несколько превышающих вес взвешиваемого предмета, и последовательно без пропусков переходить к меньшим разновесам. Помещение разновесов на весы и снятие их с весов производить только при помощи пинцета.

• Взвешивание на технохимических весах можно считать законченным, когда разновес 0,01 г окажется недостаточным, а 0,02 г – избыточным для достижения уравновешивания.

• Найденный вес предмета подсчитать по пустым гнездам в ящичке для разновесов, а затем проверить его записыванием веса разновесов, снимаемых с чашки весов и помещаемых в соответствующие им гнезда ящичка.

• По окончании работы привести весы и разновесы в полный порядок.

О п ы т 2. Взятие навески на технохимических весах

• Определить на технохимических весах массу химического стаканчика, в котором будет производиться взвешивание вещества.

• К массе стаканчика прибавить массу навески вещества. На правой чашке весов при помощи разновесов установить полученное значение массы.

• В химический стаканчик вносить взвешиваемое вещество до тех пор, пока весы не придут в состояние равновесия.

О п ы т 3. Взвешивание на аналитических полуавтоматических весах

• Подключить весы к источнику тока.

• Повернуть ручку арретира и наблюдать за перемещением освещенной шкалы. Если нуль шкалы не совпадает с отсчетной линией, то небольшим вращением корректора, находящегося немного выше штурвала арретира, добиться их совпадения. Повернуть ручку и заарретировать весы.

• Получить у преподавателя взвешиваемый предмет.

• Открыть левую дверку витрины и поместить в центр чашки весов взвешиваемый предмет. Закрыть дверку.

• Открыть правую дверку и приступить к взвешиванию, накладывая гири пинцетом из разновеса обычным способом. За показанием весов наблюдать, открыв арретир. Если микрошкала на экране перемещается влево от отсчетной линии, взвешиваемое тело тяжелее гирь, положенных на правую чашку. Арретир следует закрыть и положить новые гири. (Для облегчения работы предмет следует взвесить предварительно на технохимических весах с точностью до второго знака после запятой, т.е. до 0,01 г.)

• Если гиря в 1 г окажется избыточной, ее снять и приступить к автоматическому накладыванию миллиграммовых гирь с помощью дисков.

С помощью наружного диска помещают на плечо коромысла гирьки от 100 до 900 мг, т.е. сотни миллиграммов, с помощью внутреннего диска помещают гирьки массой от 10 до 90 мг, т.е. до сотни мг. Когда последняя гирька внутреннего диска окажется избыточной, диск перевести на одно деление назад и дать весам успокоиться. На световой шкале видно, какое деление шкалы совпало с неподвижной линией. Если величина на шкале имеет знак (+), то она суммируется с весом гирек, если (–), то из общего веса гирек она вычитается. Таким образом мы получаем третий и четвертый знаки после запятой в значении массы взвешиваемого предмета в граммах.

П р и м е р.

1) На чашке весов стоят гирьки общим весом в 2 г;

2) на наружном диске около отметки находится цифра 8;

3) на внутреннем диске – 50;

4) на шкале с неподвижной линией совпало 6-е деление после «+3» (между «+3» и «+4», т.е. «+36»).

Результат взвешивания равен:

2 + 0,8 + 0,05 + 0,0036 = 2,8536 г.

Если по п. 4 на шкале с неподвижной линией совпало 3-е деление после «–6», т.е. «–63», то результат взвешивания равен:

2,85 – 0,0063 = 2,8437 г.

Рекомендуется работать с плюсовыми делениями, т.к. облегчается отсчет.

О п ы т 4. Взятие навески на аналитических полуавтоматических весах

• На левую чашку весов поместить часовое стекло и определить его массу.

• К массе часового стекла прибавить массу навески взвешиваемого вещества.

• При помощи гирек и вращением внутреннего и внешнего дисков установить граммы, а также первую и вторую цифры после запятой полученного суммарного значения массы.

• Поместить на часовое стекло немного вещества, разарретировать весы, посмотреть за скоростью и направлением перемещения световой шкалы, заарретировать весы и (если шкала двигалась влево) добавить вещество. Повторять процедуру до тех пор, пока скорость перемещения световой шкалы не станет медленной. Тогда следует на часовое стекло вносить взвешиваемое вещество (на разарретированные весы) до тех пор, пока цифры на световой шкале не совпадут со значением третьей и четвертой цифр после запятой суммарной суммы.

Определение влажности почвы гравиметрическим методом

Цель работы. Определить влажность почвы гравиметрическим методом.

Оборудование и реактивы. Шкаф сушильный, весы технохимические, эксикатор, стаканчик химический, предметное стекло, образец почвы.

О п ы т. Определение влажности почвы.

• Химический стаканчик взвесить на технохимических весах и поместить в него 10 г почвы.

• Стаканчик с почвой поместить в сушильный шкаф и высушить при температуре 105 °С в течение 6 часов.

• Стаканчик накрыть предметным стеклом и охладить в эксикаторе.

• Охлажденный стаканчик взвесить на технохимических весах.

• Влажность почвы w(в процентах) вычислить по формуле:

где m₁ – масса стаканчика с почвой до высушивания, г; m₂ – масса стаканчика с почвой после высушивания, г; m – масса пустого стаканчика, г.

Тематическое планирование

Практические, научно-исследовательские работы
по изучению снега и природной воды поверхностных водоемов

Практическая работа 1. Определение взвешенных частиц в снеге (пробы систематически отбираются в городском квартале, в промышленной зоне города) и в природной воде (реки, водохранилища). Написание реферата, оформление результатов в виде таблиц, графиков, рисунков, обсуждение результатов. Составление отчета, доклада, подготовка к выступлению на конференции.

Практическая работа 2. Определение жесткости (карбонатной, общей, сульфатной) природной воды. Освоение методик отбора проб воды и их анализа. Проведение анализов. Написание отчета.

Практическая работа 3. Определение химического состава (ионы: Cl^-, , , Fe³⁺, Fe²⁺, Pb²⁺ ) природной воды. Освоение методик отбора проб воды и их анализа. Проведение анализов. Написание отчета.

Практическая работа 4. Определение количеств растворенных в природной воде кислорода и углекислого газа, присутствия сероводорода. Освоение методик отбора проб воды и их анализа. Проведение анализов. Написание отчета.

Практическая работа 5. Изучение физико-химического состава природной воды в летний и зимний период (рH, температура, цвет, прозрачность, запах), наличие взвешенных частиц. Систематический отбор проб воды в реке, водохранилище. Проведение анализов химического состава (совместно со специалистами лабораторий СЭС, вузов, предприятий и др.). Написание реферата, оформление результатов в виде таблиц, графиков, рисунков, обсуждение результатов. Составление отчета, доклада, подготовка к выступлениям на конференциях.

Практическая работа 6. Определение присутствия легко окисляемых органических соединений, присутствия нефти в природной воде. Освоение методик отбора проб воды и их анализа. Проведение анализов. Написание отчета.

Составление экологического паспорта на водоем по результатам исследований (таблицы, описание, фото и т.д.).

Научно-исследовательская работа с одаренными детьми (по индивидуальному плану) может быть выполнена по исследованию химического состава ягод и грибов с природно-техногенных ландшафтов (вблизи автомобильных трасс, железных дорог, промышленных предприятий), а также по изучению функций зоопланктона и зоогидробионтов как биоиндикаторов экологического состояния водоемов.

В.Ф.ТОРОСЯН,
преподаватель кафедры
естественно-научного образования
Юргинского технологического института;

Е.С.ТОРОСЯН,
ассистент кафедры безопасности
жизнедеятельности и экологии
Юргинского технологического института
(г. Юрга, Кемеровская обл.)