Интегрированный урок "Вода - удивительное вещество природы"

Интегрированный урок: «Вода-удивительное вещество природы»

Цели: 1. Образовательная:

• активизировать познавательную деятельность обучающихся на уроке;

• обобщить знания обучающихся об агрегатных состояниях вещества на примере воды, рассмотрев её физические свойства, строение её молекул;

• закрепить умение обучающихся объяснять физические процессы на основе МКТ и химического строения;

• показать значение воды в природе и в жизни человека.

2. Развивающая:

• развивать умение применять свои знания для объяснения конкретных явлений в необычной ситуации;

• развивать умение выделять главное и составлять конспект;

• продолжать формирование логического мышления;

• развивать интерес к предметам естественно - научного цикла;

• развивать устную речь;

• продолжать формирование убежденности учащихся в возможности познания законов природы путем раскрытия понимания ими явлений, фактов окружающего мира.

3. Воспитательная:

• формирование культуры общения;

• развитие самостоятельности.

Цель: на примере свойств воды оказать помощь при работе над объединением знаний, полученных на уроках физики, химии, биологии, вокруг основопологающих понятий этих наук, понятий которые входят в состав ядра естественных наук, которые помогут обучающимся создать единый взгляд на мир.

Ответственные : учитель химии Федорова Е.В., учитель биологии Осипова Г.А.,учитель физики Горошникова М.Н.

Учитель химии: Мы живем в мире, в котором много химических веществ. Встречаются природные и созданные человеком. Назовите самое распространенное вещество, без которого невозможна жизнь на Земле. С ним мы встречаемся каждый день. Догадались? Слайд 1.

Учащиеся: Вода.

Слайд 2

Учитель 1: “Вода!.. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь…”- писал Антуан де Сент-Экзюпери.

Учащиеся: Строение воды и ее физические свойства. Слайд 3.

Учитель химии: Посмотрите, сколько понятий, связанных с водой, мы с вами уже знаем. Слайд 4.

Большинство из них мы сегодня обсудим .

Учитель1:

Вначале вспомним о распространении воды на нашей планете. Слайд 4.

Человек живет на земле, 3/4 которой – моря и океаны, еще 1/5 часть суши покрыта водой в твердом состоянии. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. м³, 1 млрд. 338 млн. м³ приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. м³ приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 м³ морской воды и 0,008 м³ пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% - в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод.

Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников. Все это изобилие воды непрерывно испаряется, происходит круговорот воды в природе.

Учитель 2:

Какую роль она играет для живых организмов? Слайд 5,6

Может ли человек прожить без воды?

Сообщение учащихся. Вода в организме человека. Слайд №5.

Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы, телосложения и количества жира. Слюна, желудочный сок, содержимое кишечника, моча, пот, слезы – все это та же вода. Кровеносная и лимфатическая системы – жидкие среды организма, в основе которых вода. В 6-недельном эмбрионе содержится 97,5% воды, в новорожденном организме – 70-83%. Вода входит в состав всех тканей человеческого тела: в крови ее около 81%, в плотных тканях (мышцы) – 75%, в костях – около 20%. В клетках головного мозга ее 85%. Около 70 % воды в организмах млекопитающих.

Взрослый человек употребляет в среднем 2,5 л воды в сутки. Погибает человек, если потеряет всего от 12% до 20% влаги своего организм. Выпивает воды во много раз больше, чем весит его тело (около 60л в месяц). Может прожить без воды 3 дня. Без пищи человек может существовать 40 дней, а без воды умирает на восьмые сутки. При потере живым организмом 10% воды наступает самоотравление, а при 21% -смерть. Без воздуха жизнь возможна. Есть бактерии, обходившиеся без кислорода (анаэробы). Но без воды пока неизвестна никакая форма жизни.

Учитель 1:

Вода в организмах растений. Слайд №6.

Вода в жизни растений выполняет жизненно важные функции, поддерживающие обменные процессы, а также является источником питания: транспортная функция по «доставке» питательных веществ к тканям и органам; терморегулирующая функция, препятствующая перегреву тканей и денатурации (разрушению) белков; создает внутреннюю среду организма; создает тургор - упругость тканей; участвует в фотосинтезе…

Много воды в клетках мякоти сочных плодов и листьях растений. Арбуз на 90% состоит из воды. Во время засухи и суховеев для сохранения влаги на полях и спасения посевов от гибели, необходимо рыхлить землю, чтобы уменьшить испарение.

Вопрос: Если вы уезжаете на долгое время из дома, как сделать так, чтобы цветы не засохли?

Учитель 2: Давайте обобщим: почему вода столь необходима для жизни? Слайд №7. Теперь, когда мы вспомнили значение воды для живых организмов, давайте вспомним, какова формула воды? Что вы знаете о строении воды? Слайд 8.

Ответы учащихся: Химическая формула-Н₂О. Каждая молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В природе идеальной чистой воды не существует. Вода содержит множество растворенных добавок, которые придают воде необычные свойства.

Вопрос: Какая вода бывает?

(Морская, соленая, речная, озерно-пресная вода.)

Учитель 2:

Вода бывает магнитной. Если воду подвергнуть воздействию магнитного поля. Такая вода используется в котельных, она не дает накипи откладываться на стенках труб, повышает прочность бетона, с/х культуры от полива ею растут быстрее и дают большой урожай.

Вода бывает тяжелой. (В 1932 году амер. физик Гарольд Юрии обнаружил в обычной воде примесь того же химического состава, но молекулярная масса составляла не 18, а 20 а.е.м. Это был оксид дейтерия – тяжелая вода. Эта вода кипит при 101,4, а замерзает при -3,8. Семена растений, политые ею, не прорастают. Если тяжелой водой поить животных, то они погибают от жажды. Эта мертвая вода применяется в атомных бомбах.)

Учитель 1:

Вопрос: Откуда в водопровод поступает вода?

Очищается она как-нибудь или нет?

Опыт. Очищение грязной воды белизной

Хлорированная вода вредна или нет?

Как можно очистить питьевую воду в бытовых условиях?

Вопрос Как получить из соленой воды пресную? (выпаривание, в пустыне вырыть яму, с помощью эл. тока (диализатор))

Учитель физики: А теперь проверим и обсудим свойства воды. Слайд №10.

Слайд №11 (уникальность воды)

Слайд 12,13. Послушайте стихотворение и определите: А) о каких агрегатных состояниях воды идет речь; Б) какие процессы лежат в основе перехода воды из одного агрегатного состояния в другое?

Я вездесуща и легка,-
Я лед, я пот, я облака.
Я иней, чай, бульон, туман,
Река, ручей и океан.
Когда я злюсь, то закипаю,
Когда мороз – я застываю.

Вода-это единственное вещество на Земле, которое находится одновременно в трёх агрегатных состояниях.

• Облака - та же вода в состоянии жидком (мельчайшие капельки) или твердом (кристаллики). Масса может достигать 1,1 млн.тонн.,1г воды содержит 240 млн. мельчайших капелек.

• Типы:

• Слоистые на высоте 1-2 км (капельки)

• Куполообразные или кучевые на высоте 3-4 км ( капельки и кристаллики)

• Перистые нежные белые на высоте 6-12 км (кристаллы, если на Земле +25⁰С на облаке -40⁰С.

Учитель: Какие еще уникальные свойства воды вы вспомнили?

Вопрос: При какой температуре вода закипает?

Ученик.t_кип.=100^оС. Слайд 14.

При кипении t остается const. Температура кипения воды находится в прямой зависимости от атмосферного давления. С увеличением давления на каждую атмосферу температура кипения воды повышается примерно на 22С. Используется в автоклавах (мощные котлы, где создается избыточное давление) для стерилизации медицинского инструмента (t_кип.=200^оС- 350^оС) и консервирования. Скороварка – кастрюля с плотно прилегающей крышкой (в ней давление до 200 кПа t_кип.=110^оС- 120^оС). Для приготовления в скороварке мяса для холодца требуется 40 минут вместо 5-6 часов, если готовить на обычной плите.

При уменьшении давления пузырькам воздуха легче всплывать. Они делают это при меньшей температуре. Значит, высоко в горах (6000-8000м) t_кип.=50^о - 70^оС.

Учитель физики: Почему мы не можем сварить суп или мясо высоко в горах?

Вопросы.

Почему возникает шум при кипячении воды, который затихает в конце?

Что сильнее обжигает : вода или пар.?

Как можно понизить температуру тела? Почему выйдя из воды прохладно?

Вопрос: При какой температуре лёд плавится?

При какой температуре вода переходит в твёрдое состояние?

Учитель физики: Рассмотрим другое уникальное свойство воды - аномальное изменение плотности, её вязкости при нагревании. Слайд 15,16. Какое значение имеет это аномальное изменение плотности для живых организмов?

3.6. Аномальное изменение плотности воды. Слайд 15, 16.

При охлаждении плотность воды увеличивается только до температуры плюс 4 градуса, а далее вновь уменьшается. Это означает, что самая тяжелая вода именно при +4 и она опускается на дно, а из более холодной формируется ледяной покров, но на поверхности!
То есть, вода как бы создана для того, чтобы в ней водилось что-либо живое, даже при температуре ниже нуля: замерзание никогда не начнется со дна, а только с поверхности.

Вода, охлаждённая до 0⁰ С, оказывается своеобразным экраном и как шубой укрывает нижележащие, более плотные слои, препятствуя их промерзанию. Таким образом создаются благоприятные условия для жизни обитателей водоёмов в зимнее время. Если бы вода не обладала этим свойством, живое население водоёмов довольно скоро прекратило бы своё существование. В пресных водоёмах при охлаждении всей массы воды до 4⁰С вертикальная циркуляция полностью прекращается. В наиболее суровые зимы толщина поверхностного льда увеличивается весьма значительно. Следовательно, исключается газовый обмен с атмосферой, и обитатели водоёмов пользуются запасами кислорода, накопленными в воде до образования ледяного покрова. Если расход кислорода на поддержание жизни в водоёме весьма значителен, то запасы его быстро сокращаются и весной в наиболее мелководных озёрах можно наблюдать так называемый замор рыбы. Она засыпает от недостатка кислорода, и рыбаки, выйдя на весенний лов, могут из прорубленных во льду лунок прямо руками выбирать всплывшую к поверхности рыбу. Однако рыболовы помогают живому населению водоёмов, оказавшемуся в беде. Они частично разрушают поверхностный лёд – во многих местах делают проруби и таким образом дают возобновиться газовому обмену в системе атмосфера – вода.

Учитель 2.

А вот другая аномалия воды может доставить много неприятностей, если относиться к ней невнимательно и беспечно. Обычно твёрдая фаза вещества в растворе находится ниже жидкого слоя. Вода не подчиняется этому широко известному правилу: лёд держится на поверхности и никогда не тонет. Его объём на 9% больше объёма незамерзающей воды. Поэтому только малая часть ледовой массы возвышается над зеркалом воды, а значительные объёмы льда скрыты в глубине. По этой причине айсберги представляют серьёзную опасность для судоходства. Огромные ледяные острова, в основном находящиеся под водой, трудно поддаются правильной визуальной оценке и не всегда своевременно фиксируются современными техническими средствами; поэтому столкновения кораблей с айсбергами случаются и в наши дни.

Вода, превращаясь в лёд, увеличивает свой объём и приобретает огромную разрушительную силу. Лёд способен раздавить вмерзшее судно, какой бы прочности оно ни было. Замерзая, вода разрушает крепчайшие породы, приводит в движение грозные лавины и вызывает оползни.

Сохранение льда в поверхностном слое воды спасает нашу планету от оледенения. Не обладай вода этой важной аномалией, все водоёмы промёрзли бы до дна. Образующийся на поверхности лёд погружался бы на дно морей, рек и озёр, заполняя постепенно водные акватории вечным льдом. Процесс накопления массы льда шёл бы значительно быстрее, чем его таяние.

(Опыт. Конвекция Пузырек с горячей покрашенной водой опустить на дно в сосуд с холодной водой)

Учитель1.

Вопрос: Вода - единственная жидкость на Земле, которая в твердом состоянии не тонет. Почему?

Ответ. Плотность воды-1000кг/м³, льда-900 кг/м³

Большое поверхностное натяжение - следующее уникальное свойство воды. Слайд 17.

Дома вы можете сами проверить данное свойство, аккуратно положив швейную иглу на поверхность воды.

Большое поверхностное натяжение. Слайд 17.

Поверхностное натяжение проявляется в том, что вода постоянно стремится сократить свою поверхность. Благодаря пленке некоторые предметы, будучи тяжелее воды, не погружаются в воду. Многие насекомые (водомерки, ногохвостки и др.) не только передвигаются по поверхности воды, но взлетают с нее и садятся, как на твердую опору. Личинки комаров, стрекоз приспособились использовать даже внутреннюю сторону водной поверхности: повисают на ней с помощью не смачиваемых щетинок, а маленькие улитки - прудовики и катушки - ползают в поисках добычи.

Высокое поверхностное натяжение позволяет воде принимать шарообразную форму при свободном падении или в состоянии невесомости: такая геометрическая форма имеет минимальную для данного объема поверхность. Струя химически чистой воды сечением 1 см² по прочности на разрыв не уступает стали того же сечения.

Опыт. Вода является смачивающей жидкостью

1. (две пробирки, вода).

2. Спички (соль, сахар, вода). Мыло уменьшает поверхностное натяжение воды.

3. Кувшинки в воде

Учитель физики: Малая сжимаемость тоже является уникальным свойством воды. Аномалия сжимаемости. Слайд 18.

Вспомним опыт с металлическим шаром, который сильно сжимали, а в результате этого вода просочилась сквозь металлические стенки. (Опыт. Наполните пластмассовую бутылку до краев. Попробуйте сжать)

Учитель: Наибольшая удельная теплоемкость 4200 Дж/кг, высокая теплопроводность. Слайд 19. Как человек использует высокую теплопроводность воды? Почему для растений опасно их покрытие ледовой коркой по сравнению со снегом? Когда огородники получают информацию о ночных заморозках, то вечером поливают огородные культуры. Почему?

Учащиеся: В быту – в отопительных системах, в системе охлаждения двигателя автомобиля. Теплопроводность льда в 20 раз больше, чем у снега, поэтому растения вымерзают. Т.к. удельная теплоемкость воды велика, то при охлаждении вода будет отдавать тепло земле

Учитель физики: Наибольшая теплота парообразования 2,3*10⁶ Дж/кг. Сообщение учащихся. Слайд 21. Что опаснее: ожог паром или 100⁰ С водой?

Ответ: Паром, т.к. при одинаковой температуре удельная теплота парообразования больше удельной теплоёмкости воды примерно в 1000 раз.

Наибольшая теплота парообразования 2,3*10⁶ Дж/кг. Слайд 20.

В паровых турбинах можно использовать и регулировать количество выделившейся теплоты для нужд промышленности. В окружающую среду выделяется большое количество теплоты при извержениях вулканов, гейзеров.

В быту мы используем паровой утюг. Если произошел ожог паром, то необходимо наложить сухую повязку и нельзя прокалывать пузыри на кожном покрове.

Учитель химии: Без воды можно прожить не более 3 дней. А какое вещество еще необходимо для существования живых организмов? В результате какого процесса на нашей планете он образуется? Что это за процесс, где он происходит и каково его значение? Слайд 21.

Учитель: Кислород. Процесс – фотосинтез, происходит в хлоропластах, в зеленых частях растений. Это процесс образования органических веществ и кислорода из воды и углекислого газа под действием солнечного света. Кислород необходим для дыхания большинства живых существ, и в этом заключается его значимость для живых организмов, в том числе и для человека.

Учитель: Вода как растворитель. Сообщение учащихся Слайд 22-23. Какие твердые вещества мы часто растворяем в воде в домашних условиях? А жидкие и газообразные?

Ответ: Твердые: марганцовка, соль, сахар, лимонная кислота, фурацилин, стиральный порошок. Жидкие: уксус, спирт. Газы: углекислый газ.

3.11. Вода - растворитель. Слайд 22-23.

Все биохимические процессы у человека сводятся к химическим реакциям в водном растворе – обмену веществ в организме. Вещества транспортируются по организму в растворенном состоянии. Диполи воды могут взаимодействовать с другими полярными молекулами, «растаскивая» их. Следовательно, происходит процесс растворения веществ с ионной и ковалентной полярной связью.

Определенное и постоянное содержание воды – одно из необходимых условий существования живого организма. Недостаток воды в организме тяжело переносится человеком. Избыток воды приводит к перегрузке сердечно-сосудистой системы, вызывает изнуряющее потоотделение, сопровождающееся потерей соли.

Что содержит морская вода? (Различные соли, т.к. как эта вода соленая. Она содержит практически все элементы таблицы Д.И. Менделеева. В настоящее время их обнаружено уже около 80. В каждом килограмме морской воды растворено солей около 35 г. После простейшего выпаривания остаются такие ценнейшие вещества, как золото, платина, уран, титан. Поэтому в будущем все необходимые, в том числе и редкие элементы возможно, будут получать не из месторождений, а из морской воды. Из-за способности растворять другие вещества вода никогда не бывает чистой. Она так умело маскирует свойства универсального растворителя, что даже учёным непросто в них разобраться. Вода не только размывает и разрушает горные породы, стенки оборудования и т.д., но она играет и роль великого созидателя. Проникая в глубины Земли, вода задерживается там. Соединяясь, например, с диоксидом кремния, принимает форму гидратов, создавая загадочный и прекрасный минерал опал, вобравший в себя всю гамму светло-серых тонов и их тончайших переходов. Различные соединения, входящие в состав пород, в естественных условиях взаимодействуют с водой, принимают форму гидратов, создавая при этом интереснейшие минералы сложного химического состава. Эта область представляет большой интерес для геологов и химиков, поскольку ещё многое остаётся неясным при изучении обнаруженных в природе образований гидратного типа.

Учитель физики.

Вопрос: В какой воде легче плавать? Почему?

На тело погруженное в жидкость действует выталкивающая сила (архимедова)

Показать на опыте.

1.Динамометр, брусок, сосуд с водой (соленая, чистая).

Слайд 24

В заключении хочется сообщить вам научный факт, природа которого до конца не известна. Вода обладает уникальным свойством – информационной памятью. Она помнит все!

Каждый организм имеет свою собственную частоту излучения. Каждый вирус, бактерия тоже имеют свою частоту. Все виды этих излучений “записываются” на молекулах воды. Само же это излучение обладает таким свойством, что при встрече двух излучений – излучения болезни и излучения воды с записью этой болезни – от одного и того же источника, они взаимно поглощаются.

Отравленная вода “помнит” обо всех ядовитых процессах, тяжелых металлах, ядрах с которыми имела контакт. При попадании в организм такая вода вызовет разные виды болезненных реакций. Стереть предыдущую информацию очень трудно.

Итак, воде не важно, на каком языке с ней общаются и на каком расстоянии, она понимает любую речь. Мы знаем, как ранят любого человека грубые, обидные слова. Не забывайте об этом.

Учитель: Давайте вместе сформулируем основные выводы нашего урока. Слайд 25

Дополнительная информация

1.На больших глубинах давление очень велико, так на глубине 3800 м давление составляет 400 кг/см³, а на глубине 10900 м – уже 7250 кг/см³. Человек при специальной тренировке может без особых предохранительных средств погружаться на глубины до 80 м. На больших глубинах, если не принять специальных средств защиты, например, водолазные костюмы, грудная клетка человека может не выдержать давления воды. На глубине свыше 1000 метров царит абсолютная тьма и сильный холод. На такой глубине нет не только солнечного света, там отсутствуют водоросли, солёность воды постоянная, температуры низкие, грунты полужидкие, обилие двуокиси углерода.

Глубины погружения:

Искатели жемчуга-до 30м, Рекордное погружение-105м,С аквалангом -143 м,В мягком скафандре- 180м,В жестком-250 м,В батискафе-10.919м.