XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Загадка солёной воды
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
«Нельзя сказать, что вода необходима для жизни:
она и есть жизнь…»
Сент-Экзюпери
Самое загадочное вещество на нашей планете – это вода. Именно она является основой всей нашей жизни, всего живого на Земле. В естественных условиях она встречается во всех трёх своих физических состояниях: твердом (лёд), жидком и газообразном (водяной пар). Объём гидросферы составляет порядка 1390 млн. км3.. Если распределить всю эту воду равномерно по всей поверхности земного шара, то получится слой воды толщиной в 3 км. Однако почти вся эта вода непригодна для использования людьми в чистом виде, так как она солёная.
Вода представляет собой наиболее ценный для человека продукт. Без еды человек может прожить несколько месяцев, а без воды от 3 дней, а в редких случаях до 2 недель.
Исходя из этого, была поставлена цель исследования: выяснить может ли человек не в лабораторных или производственных условиях, а с помощью подручных средств, опреснить морскую воду, сделав её пригодной для питья?
Для достижения поставленной цели, были выдвинуты следующие задачи:
1. С помощью научно-популярной литературы изучить имеющиеся на сегодня методы опреснения солёной воды.
2. Выяснить, почему только пресная вода пригодна для употребления человеком.
3. Опытным путём получить из солёной воды пресную или воду с небольшим содержанием солей.
4. Оформить результаты исследования.
Проводя определённые опыты, я научился получать из раствора соль и пресную воду. С результатами своей работы познакомил одноклассников, они заинтересовались этим вопросом. Всю собранную информацию можно использовать на уроке окружающего мира.
Мне очень понравилось проводить опыты и эксперименты. В будущем планирую продолжить исследовательскую работу.
1. Основная часть
1.1.«Почему вода в море соленая?»
Нехватка пресной воды – это реальная проблема всей планеты. В мире достаточное количество морских вод, опреснив которые, можно было бы навсегда забыть о дефиците пресной воды.
Вопросом: «Почему вода в море соленая?» - люди заинтересовались еще в давние времена. Например, в норвежской легенде говорится о том, что на дне моря стоит волшебная мельница, которая без остановки мелет соль. То же рассказывают в своих сказках и жители Карелии, и филиппинцы, и японцы (только мельницы попадают на дно моря по разным причинам).
Существует две основных версии ответа на вопрос «Почему вода в море соленая?» Одна из них традиционная, другая – современная.
Традиционно считалось, что вода в море солёная, потому что соль в море приносят реки, вымывая её из горных пород, по которым проходит их русло. В речной воде, конечно же, тоже есть соль, только её в 70 раз меньше, чем в морской. Ежегодно реки добавляют в Мировой океан одну шестнадцатимиллионную часть соли от его общего объёма.
Согласносовременной гипотезе морская вода была солёной изначально, так как первичный океан на Земле – это конденсат газов вулканических извержений. В состав этих газов входит вода и много химических элементов и среди них так называемые «кислые дымы», состоящие из хлора, фтора, брома и инертных газов. Проливаясь кислотными дождями на поверхность Земли, продукты вулканических извержений вступали в химическую реакцию с твёрдыми породами, в результате которой образовывался соляной раствор.
На сегодняшний день ученые придерживаются мнения, что обе теории имеют право на жизнь, и они только дополняют друг друга.
Исследуя тему солёной морской воды, мы узнали интересные факты:
97,4% всех запасов воды на земле приходится на солёную воду и только 2,6% - на пресную. Средняя солёность морской воды составляет 3,5%, то есть в каждом литре воды имеется в растворённом виде примерно 35 граммов солей. Мне стало интересно: какое же море на Земле самое солёное? Для этого пришлось обратиться к книгам И.В.Травиной «География в вопросах и ответах», К. Лазье «Тайны природы». Оказывается, самое солёное море на Земле – Красное, в его воде содержится 40 – 60 граммов соли на 1 литр воды.
В качестве сравнения можно привести Черное море, где содержится всего 18 грамм солей на 1 литр воды.
Но самые солёные водоёмы на Земле – это озёра. Самое известное из них такое большое, что называется морем – это Мёртвое море на территории Палестины. Солёность Мёртвого моря составляет 27%, почти в 10 раз больше, чем в океане. Если рыба из впадающей в озеро реки Иордан случайно заплывёт в этот «бассейн с рассолом», она погибнет через минуту! Это определяет особое свойство морских вод – непригодность для питья. Но, может быть, в крайних случаях и по чуть-чуть все-таки можно?
1.2. Методы опреснения морской воды
Я выяснил, что учёные разработали несколько способов опреснения морской воды:
Химические методы, это когда особые реагенты взаимодействуют с солями морской воды и образуют нерастворимые соединения, которые можно отфильтровать.
К физическим относятся дистилляция (выпаривание), вымораживание и метод обратного осмоса (промышленный метод), в основе которого находится применение двух полупроницаемых мембран, (когда небольшие молекулы воды могут проникать через них без ограничений, в то время как более крупные ионы соли и примесей задерживаются).
Биологический метод - основан на способности некоторых водорослей избирательно поглощать поваренную соль из морской воды.
За последние годы были также предложены новые методы опреснения морской воды за счёт воздействия ультразвуком, акустическими, ударными волнами, электромагнитными полями и другие.
В быту наиболее доступны физические методы опреснения солёной воды, которые я и использовал в своей исследовательской работе.
1.3. Распространение полученного опыта
Когда приобретаешь какой-то опыт, им всегда хочется делиться! Конечно же, нужно рассказать и всё показать одноклассникам. Они так были увлечены моим исследованием, что даже после звонка с урока, мы ещё долго говорили о воде, о том, что весь мир бьёт тревогу. О том, что уже к 2030 году наша планета может столкнуться с 40%-м дефицитом пресного водоснабжения, если мы совместными усилиями резко не улучшим управление этим ценным природным ресурсом – пресная вода. Отличный повод вспомнить о ценности пресной воды и задуматься сейчас, пока ещё не поздно.
Правила экономии воды:
1.Плотно закрывайте кран.
2. Если заметил, что из крана течет напрасно вода, закрой кран.
3. Когда моешь руки - не включай сильно струю. Это не мешает умыться, а воды утечет меньше.
4. Наливай воду в стаканчик, когда чистишь зубы.
5. Мой посуду в тазике, не под открытой струей.
6. Мой фрукты и овощи в специальной посуде, а не под проточной водой.
7.Мойся под душем, а не в ванне.
Поделиться своим умением, что может быть лучше! Ещё я рассказал своим одноклассникам о биологе - путешественнике Алене Бомбаре, пересекшего Атлантический океан на надувном плоту за 65 дней. Он выжил, а свои наблюдения записал. Ален Бомбар чтобы умерить жажду, пил сок, выжимаемый из рыбы, чередуя его с небольшими порциями морской воды.
Оказывается, и обычную морскую воду все-таки можно пить, но только совсем чуть-чуть.
2. Практическая работа.
Свою исследовательскую работу я выполнял по следующему плану:
1. Изучение литературы по данной проблеме.
2. Обзор ресурсов интернета по теме исследовательской работы.
3. Эксперимент (опыты).
4. Подведение итогов, выводы и оформление результатов исследования в форме презентации.
5. Распространение полученного опыта.
Опыт №1 «Круговорот воды»:
Необходимо налить в ёмкость, пригодную для использования на электрической плите, 1 литр пресной воды (рис.1). Добавить 35 граммов соли (для максимальной точности нужное количество соли отмерить на электронных весах), перемешать (рис.2).
Получен раствор, идентичный морской воде. Под наблюдением взрослых я кипятил эту воду до тех пор, пока вся вода не превратилась в пар (выкипание), а на дне остался лишь белый порошок (рис.3). Попробовав порошок на вкус, я понял, что это и есть соль, которая была растворена в воде. После взвешивания - её масса составила около 35 граммов (рис.4). (Морская вода вспикела в 19:35, полностью вода испарилась в 20:22, остался осадок (соль).
Вывод: С помощью этого опыта мы убедились, что в круговороте участвует только вода: она испаряется с поверхности морей и океанов, собирается в дождевые тучи,
дождём проливается на землю, стекает с возвышенностей в виде ручьёв, рек и маленьких речушек, растворяет по пути соли из почвы и снова наполняет моря.
Соль в этом круговороте не задействована. Поэтому соль постепенно накапливается в морях и океанах.
Опыт №2 «Дистилляция или возгонка»:
Конструируем самодельный опреснитель.
1. В кастрюлю наливаем морскую воду так, чтобы её уровень был ниже высоты чашки (рис.5).
2. В середину ёмкости ставим вышеупомянутую чашку.
3. Сверху, подобно крыше, герметично натягиваем пищевую плёнку (рис.6). После этого на плёнку кладём небольшой грузик (камешек) так, чтобы поверхность пакета провисала как раз над чашкой (рис.7).
4. Ставим конструкцию на плиту и нагреваем воду.
Вывод: Нагреваясь, вода в ёмкости испаряется и конденсируется на «крыше» из плёнки. Когда капли становятся достаточно крупными, они стекают по наклону и капают прямо в чашку. Это пресная, чистая вода - ведь испаряется именно она, а соль остаётся в большой ёмкости (рис.8).
Опыт №3 «Замораживание»:
Я слышал, что к такому методу опреснения воды прибегают северные народы, например, эскимосы. Они выставляют на мороз ёмкость с солёной водой и ждут, пока там не образуются кристаллики льда. Я был уверен, что идея замораживания строится на том, что соль не попадает в лёд при заморозке, поскольку образование льда происходит только из молекул воды.
Однако на деле всё не совсем так. Я поставил ёмкость с солёной водой (1 литр) комнатной температуры в морозильную камеру (-18°C) в 19:03 (рис.9).
1 осмотр в 19:33 – льда нет; 2 осмотр в 20:15 – образование ледяных крошек. Уже через три часа я получил лёд толщиной в 5 см, который занимал половину объёма моей ёмкости. Каково же было моё удивление! Лёд оказался солёным! И, чем дольше в морозильной камере находилась вода, тем солонее был лёд (рис.10, 11).
3. Заключение
Моя гипотеза подтвердилась частично: опытным путём я выяснил, что опреснение солёной воды возможно.
Однако вторая моя догадка - о неограниченных объёмах получаемой пресной воды - не подтвердилась. Так, за 24 часа (сутки) из 3 литров солёной воды я получил всего 20 мл пресной воды (столовую ложку). Не погибнуть от жажды хватит. Но напиться – нет!
Опыты показали, что опреснение воды - процесс трудоёмкий и затратный по времени. И самое главное - объём полученной пресной воды ничтожно мал по сравнению с используемым объёмом морской воды. В итоге моя работа привела меня к выводу о значимости пресной воды в жизни человека. Я понял, что природные запасы пресной воды надо беречь. То, что водные ресурсы планеты легко возобновляемы - это обманчивое мнение. Бездумное использование, производственные и бытовые загрязнения воды - всё это может привести к необратимым последствиям на Земле. Без пресной воды не будет жизни.
За помощь в проведении исследования благодарю свою маму Галимову Филюзу Тагирьяновну и классного руководителя Дударенко Ирину Михайловну.
Список используемой литературы:
1. Юный эрудит. Современная энциклопедия окружающего мира. [пер. с англ.]. – М.: Эксмо, 2009. – 328с.: ил.
2. Планета Земля. Энциклопедия. Москва: Росмэн, 2010г.
3. Ликум А. Всё обо всём. Популярная энциклопедия для детей. Москва: Слово,1993г.
4. Я познаю мир: Дет. Энцикл.: География/Авт.- сост. А. Е. Чижевский, худож. В.В. Николаев и др. – М.: «Издательство АСТ»: ООО «Издательство Астрель», 2001. – 416 с.: ил.
5. Лазье К. «Тайны природы» - М: Детская литература, 2001
6. Рабиза Ф. «Простые опыты» – М: Детская литература, 2002
7. Травина И.В. «География в вопросах и ответах» М: ПО «Детская книга» , 1996
8. http://www.wikipedia.org
9. http://ru.wikihow.com/
10. https://tainaprirody.ru/atmosfera/veter
11. http:// shishkinles .ru
12. http ://www .otvetim .info /detskie -voprosy /
Приложение I.
Рис. 1 «Эксперимент 1» Рис. 2 «Эксперимент 1»
Рис. 3 «Эксперимент 1» Рис. 4 «Эксперимент 1»
Рис. 5 «Эксперимент 2».
Рис. 6 «Эксперимент 2»
Рис. 7 «Эксперимент 2» Рис. 7 «Эксперимент 2»
Рис. 8 «Эксперимент 3» Рис. 9 «Эксперимент 3»
Рис. 10 «Эксперимент 3» Рис. 11 «Эксперимент 3»