Člověk a mimořádné události

Transkript

1 AHOL Střední odborná škola, s.r.o. Člověk a mimořádné události Mgr. Kateřina Fiurášková

2 Obsah 1 Požár Metodický pokyn: Teoretická část úlohy Úkoly Závěry a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Úkoly Závěry a celkové hodnocení práce Jaderná energetika a radiační havárie Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Závěry a celkové zhodnocení práce Povodeň Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Závěry a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Závěry a celkové hodnocení práce

3 4 Únik nebezpečných látek a ph půd Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Závěry a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Závěry a celkové hodnocení práce Únik a otrava oxidem uhelnatým Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Projevy a příznaky při otravě oxidem uhelnatým CO, klinický obraz Pomůcky Úkoly Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly

4 Úvod Následující studijní opora vznikla v rámci projektu Komplexní modernizace environmentálního vzdělávání CZ.1.07/1.1.07/ Studijní opora obsahuje 5 úloh z oblasti mimořádných událostí, které jsou zaměřeny na měření pomocí čidel firmy Vernier. Každá úloha je dále rozdělena na dvě části metodický pokyn pro vyučujícího a pracovní list pro žáka. Metodické pokyny pro vyučujícího obsahují kromě informací ohledně zařazení úlohy do výuky, definované cíle, typ formy práce, časovou náročnost, rozvíjené klíčové kompetence, mezipředmětové vztahy a vazby také správné odpovědi a řešení jednotlivých úloh. V této části studijní opory je také obrazový materiál ilustrující jednotlivá měření a pozorování. Tento materiál mají studenti k dispozici až po odevzdání vlastních vyplněných pracovních listů. Pracovní listy obsahují seznam pomůcek, teoretický vstup do problematiky, ve většině případů přesné postupy měření a soubor otázek a úkolů, které se vztahují k dané problematice. 4

5 Přehled klíčových kompetencí Klíčové kompetence jsou v evropském rámci pojímány jako kombinace znalostí, dovedností a postojů odpovídajících určitému kontextu a jsou definovány jako kompetence, které všichni potřebují ke svému osobnímu naplnění a rozvoji, aktivnímu občanství, sociálnímu začlenění a pro pracovní život. Rámcový vzdělávací program pro SŠ vymezuje 6 klíčových kompetencí: 1. Kompetence k učení. 2. Kompetence k řešení problému. 3. Kompetence komunikativní. 4. Kompetence sociální a personální. 5. Kompetence občanská. 6. Kompetence pracovní. V předložené studijní opore jsou klíčové kompetence pro jednoduchost označeny pouze čísly v souladu s uvedeným seznamem. 1. Kompetence k učení 1. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 1.1 samostatně či v kooperaci s ostatními žáky systematicky pozorovat různé biologické objekty, procesy probíhající v tělech živých organismů a měřit různé vlastnosti sledovaných objektů, výsledky svých pozorování a měření zpracovat, vyhodnocovat a dále využívat pro své vlastní učení 1.2 samostatně či v kooperaci s ostatními žáky provádět experimenty, které buď ověřují, potvrzují vyslovované hypotézy, nebo slouží jako základ 5

6 pro odhalování zákonitostí probíhajících v živých organismech, z nichž mohou žáci vycházet v dalších svých poznávacích aktivitách 1.3 vyslovovat v diskusích hypotézy o biologické podstatě studovaných jevů či jejich průběhu, ověřovat různými prostředky jejich pravdivost a využívat získané poznatky k rozšiřování vlastního poznávacího potenciálu 1.4 vyhledávat v různých pramenech (biologické atlasy, určovací klíče, v odborné literatuře) potřebné informace týkající se problematiky biologického poznávání a využívat je efektivně ve svém dalším studiu 1.5 poznávat souvislosti zkoumání biologických jevů s ostatními, v první řadě přírodovědně zaměřenými, oblastmi zkoumání. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vytváříme prostředí podnětné pro experiment, podporujeme činnostní učení žáků (pozorování, pokusy, laboratorní práce), naměřené hodnoty zapisují do tabulek, uvažují o správnosti a možnostech prováděných pokusů, porovnávají své výsledky se spolužáky, hodnotí své výsledky a závěry a dál je používají pro své učení 2. vedeme žáky k práci s informacemi ze všech možných zdrojů, ústních, knižních, mediálních, včetně internetu (informace vyhledá, třídí a vhodným způsobem používá, dává do souvislosti) 3. umožňujeme žákům vlastním způsobem vysvětlovat pozorované jevy, navzájem si klást otázky, hledat na ně odpovědi 2. Kompetence k řešení problémů 2. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 2.1 rozpoznávat problémy v průběhu jejich biologického vzdělávání při využití všech metod a prostředků, jež mají v daném okamžiku k dispozici 6

7 (dostupné metody pozorování, měření, experimentování, matematické prostředky, grafické prostředky apod.) 2.2 vyjádřit či formulovat (jednoznačně) problém, na který narazí při vlastním vzdělávání 2.3 hledat, navrhovat či používat různé další metody, informace nebo nástroje, které by mohly přispět k řešení daného problému, jestliže dosavadní metody, informace a prostředky nevedly k cíli 2.4 posuzovat řešení daného biologického problému z hlediska jeho správnosti, jednoznačnosti či efektivnosti a z těchto hledisek porovnávat i případná různá řešení daného problému 2.5 korigovat chybná řešení problému 2.6 používat osvojené metody řešení problémů při experimentech i v jiných oblastech jejich vzdělávání, pokud jsou dané metody v těchto oblastech aplikovatelné 2.7 ověřuje prakticky správnost řešení problému a osvědčené postupy aplikuje při řešení obdobných nebo nových problémových situacích. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vedeme výuku tak, aby žáci řešili problémové situace, rozpoznali a pochopili daný problém a nalezli vlastní řešení (necháme žáky samostatně měřit hodnoty jednotlivých veličin, připravit si různé materiály a jednoduché pomůcky k přírodovědným pokusům) 2. dáváme žákům prostor pro vhodné pojmenování problému, na který při učení narazil, necháme žáky obhajovat své závěry a svá rozhodnutí 3. vedeme žáky k diskuzi k danému tématu 4. ve slovních úlohách žáci nacházejí případné varianty řešení a vyhodnocují je, provádějí odhady výsledků, ověřují výsledky řešení vzhledem k daným podmínkám 3. Kompetence komunikativní 7

8 3. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 3.1 logicky a přesně se vyjadřovat k problému 3.2 obhajovat a argumentovat vhodnou formou svůj vlastní názor a zároveň se učí naslouchat názorům jiným 3.3 vhodně formulovat otázky k danému problému 3.4 porozumět různým typům textů a záznamů včetně grafickým. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vedeme žáky k vyjadřování ve správných biologických pojmech 2. vyžadujeme na žácích pojmenování problémů, nebo vyjádření vlastních názorů na konkrétní témata, žáci uvádějí skutečnosti, ze kterých vyvozují své úsudky, vytvářejí si vlastní názory, využívají dostupné informační a komunikační prostředky 3. vedeme žáky k porovnávání svých výsledků se závěry spolužáků, k argumentaci a k obhajobě 4. vedeme žáky k popisu situace při experimentování, dotazování se na vzniklé nejasnosti, k diskusi se spolužáky 4. Kompetence sociální a personální 4. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 4.1 spolupracovat ve skupině při řešení úloh, problémů a experimentů 4.2 pracovat ve skupině a přijímat různé role ve skupině 4.3 vzájemnou pomoc při učení. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vedeme žáky ke spolupráci při skupinové práci, k odpovědnému přístupu ke své práci i k práci druhých, k zodpovědnosti za výsledky své 8

9 činnosti, k přijímání názorů druhých 2. vedeme žáky k zapojení a odpovědnosti se do určitých rolí při skupinové práci (např. jeden žák připraví materiál, druhý sestavuje pokus, třetí vede záznam o měření nebo pozorování apod.) 5. Kompetence občanské 5. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 5.1 přirozeně respektovat práva a povinnosti (svá i ostatních) 5.2 přejímat zodpovědnost za svou práci 5.3 pozitivní vztah a úctu ke kulturním hodnotám předchozích generací i k současnosti 5.4 dodržovat jasná pravidla slušného a bezpečného chování 5.5 orientovat činnost k ochraně životního prostředí, k chápání environmentálních problémů 5.6 zapojovat do aktivit směřujícím k šetrnému chování k přírodním systémům, k vlastnímu zdraví i zdraví ostatních lidí 5.7 rozhoduje se zodpovědně podle dané situace a chová se zodpovědně v krizových situacích. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. u žáků utváříme dovednost vhodně se chovat pří kontaktu s objekty či situacemi potenciálně či aktuálně ohrožující život, zdraví, majetek nebo životní prostředí lidí 2. vyžadujeme dodržování jasných pravidel, respektování práv a povinností svých i druhých, přejímání zodpovědnosti za svou práci 3. podporujeme tvořivé nápady žáků 6. Kompetence pracovní 9

10 6. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 6.1 seznamovat se a prakticky pracovat s různými laboratorními pomůckami, které mohou využívat v praxi 6.2 objektivní sebehodnocení a posouzení reálných možností při profesní orientaci 6.3 organizovat vlastní práci, nést zodpovědnost za odvedenou práci pro skupinu i společnost 6.4 bezpečnou manipulaci s pomůckami, nástroji, přístroji a materiály při jejich používání ve výuce 6.5 získané poznatky aplikovat do praxe. Jak toho dosáhneme? Např.: 1. vedeme žáky ke konstrukci různých typů grafů 2. učíme žáky správnému zacházení se svěřenými pomůckami, přístroji apod. 3. učíme žáky správně zapojit měřicí přístroje a další techniku 4. necháme žáky některé pomůcky sami vytvořit (v rámci vyučování, doma) 5. necháme žáky navrhnout další provedení pokusů a měření 10

11 1 Požár V této kapitole se dozvíte: - Co je to požár - Jak můžeme požár klasifikovat - Možnosti hašení požáru - Vlastnosti oxidu uhličitého Po jejím prostudování byste měli znát: - Jak se chovat, abychom předcházeli vzniku požáru - Umět správně reagovat na požár - Vědět, jak požár uhasit 11

12 1.1 Metodický pokyn: Cílová skupina: 1. ročník Chemie Název tematického celku: Oxidačně-redoxní reakce Název úlohy: Požár Cíle: žák bude umět předcházet požáru, správně reagovat při požáru a vědět, jak požár uhasit Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. Časové rozvržení realizace úlohy: 90 minut Teoretická část úlohy Oheň je lidmi řízené a na určitý prostor ohraničené hoření. Požár je nekontrolované a na určitý prostor neohraničené hoření, které může vzniknout z ohně nebo přímým zapálením. Aby došlo k hoření, je nutné splnit tři předpoklady: 1. přítomnost hořlavé látky o o o pevné (papír, dřevo, sláma atd.) kapalné (benzín, olej, líh atd.) plynné (zemní plyn, propan-butan atd.) 2. přítomnost oxidačního činidla o nejčastěji vzdušný kyslík 3. přítomnost zápalné teploty Pokud kterýkoli z daných tří předpokladů potlačíme, oheň uhasíná (např. vodou odejmeme zápalnou teplotu, pěnou zabráníme přístupu kyslíku apod.). 12

13 Tento princip se často vysvětluje na tzv. ohňovém trojúhelníku, jehož každá strana představuje jeden z předpokladů pro hoření: Obrázek č. 1: Tři předpoklady hoření ( Nejčastější příčiny jeho vzniku požáru jsou: - neopatrnost kuřáků - zakládání ohně - vypalování porostů - neopatrnost při používání otevřeného ohně - nedbalost při používání elektrických a jiných tepelných spotřebičů - nesprávná obsluha topidel všeho druhu - nevšímavost k závadám na různých zařízeních např. komínech, kouřovodech, bleskosvodech Existují další příčiny vzniku požáru: požáry vzniklé působením přírodních živlů (blesk, lesní požáry, ) 13

14 požáry vznikající v souvislosti s jinými mimořádnými (zemětřesení, havárie, nehody, ) ČSN EN 2 norma je identická s EN 2:1992. Určuje třídy požárů podle druhu hořlavé látky. Z tohoto důvodu není určena zvláštní třída požáru zahrnující elektrické nebezpečí. Tento dokument klasifikuje rozdílné druhy požárů do 4 kategorií, které musí být určeny podle druhu hořlavé látky. Tato klasifikace je zvláště užitečná při hašení požárů hasicími přístroji. Podle této klasifikace je: třída A: Požáry pevných látek, zejména organického původu, jejichž hoření je obvykle provázeno žhnutím (např. o dřevo, papír, plastické hmoty, textil) o K hašení požárů třídy A lze použít hasicí přístroj vodní (náplň těchto přístrojů obsahuje přísadu proti zamrznutí - uhličitan draselný, který reaguje zásaditě a mohl by negativně působit na popálenou kůži, proto jej nikdy, podobně jako jiné hasicí přístroje, nepoužíváme k hašení hořících lidí), hasicí přístroj pěnový, tam, kde nechceme poškodit hašený materiál (např. potraviny, knihy, archiválie) použijeme hasicí přístroj CO2 (pozor na tlak v hasicím přístroji, lehké materiály - uhelný prach, textilní prach, papír, peří - by mohl zvířit nebo rozhodit a tím rozšířit požár, u prachů by mohlo dojít po rozvíření prachu k vytvoření výbušné koncentrace ve směsi se vzduchem. Vzhledem k svému složení se nehodí k hašení uhlí a jiných látek, které by ho mohly redukovat, nehodí se také k hašení látek hořících bez přístupu vzduchu - na bázi nitrocelulózy a nehodí se na velké požáry, i vzhledem k tomu, že hasební látka nemá výrazné ochlazovací účinky), můžeme použít i hasicí přístroj práškový ABC (písmena označují třídy požárů) s podobnými výhradami jako u předchozího. třída B: Požáry kapalin nebo látek přecházejících do kapalného skupenství. (např. barvy a laky, benzin, nafta, dehet, oleje, ředidla, aceton, vosky, tuky, asfalt, pryskyřice, mazadla). 14

15 o K hašení požárů třídy B lze použít hasicí přístroj pěnový (pozor u kapalin rozpustných ve vodě, nemusí se podařit uhašení, zde je třeba stanovit postup s ohledem na množství, výskyt atd.), hasicí přístroj CO 2, hasicí přístroj práškový BC, hasicí přístroj práškový ABC. U větších požárů se může projevit nevýhoda práškových hasicích přístrojů, a to, že neochlazují a po uhašení plamene může dojít k opětovnému vznícení par od okolních horkých povrchů. třída C: Požáry plynů. (např. zemní plyn, propan-buthan, vodík, svítiplyn, acetylen, methan). o Vhodnými hasicími přístroji pro třídu C jsou hasicí přístroj CO 2, práškový ABC a práškový BC. třída D: požáry lehkých alkalických kovů (např. hořčík a jeho slitiny s hliníkem). Při hoření těchto kovů dochází k vývinu obrovských teplot, hašení takovýchto požárů vyžaduje použití speciálních suchých hasiv nebo speciálně upravených prášků. o Vhodným hasicím přístrojem na požáry kovů je pouze hasicí přístroj s práškem M. S ostatními hasivy by mohly kovy nebezpečně reagovat a prášky ABC nebudou dostatečně účinné. V žádném případě nehasit vodou ani pěnou! Požáry, u nichž se vyskytuje elektrické zařízení pod napětím lze hasit hasicím přístrojem CO 2 nebo práškovým podle pokynů na štítku (napětí, odstup), nikdy ne hasicím přístrojem vodním! Úkoly Úkol č. 1 výroba improvizovaného hasicího přístroje Pomůcky: dvě sklenice jedna větší, jedna menší, víčko, brčko, plastelína, papír, zápalky, špejle Chemikálie: NaHCO 3 jedlá soda, CH 3 COOH ocet, saponát 15

16 Postup: - Doprostřed víčka velké sklenice udělejte díru velkou jako průměr brčka. - Do velké sklenice nasypejte jedlou sodu a pár kapek saponátu. - Do roztoku opatrně vložte zkumavku s octem tak, aby se jednotlivé roztoky nepromíchaly. - Velkou sklenici uzavřeme víčkem s dírkou a vložíme do něj brčko. Brčko je potřeba utěsnit plastelínou. 16

17 - Připravte si skleněnou nádobu s hořícím papírem. - Uzavřete brčko prstem a nad skleněnou nádobou obraťte baňku tak, aby ústila do nádoby a směrovala na hořící papír. - Obrácením baňky se roztoky smíchají a probíhá reakce: CH 3 COOH + NaHCO 3 CO 2 + CH 3 COONa + H 2 O - Vzniklý oxid uhličitý vytlačí proud kapaliny, která zahasí papír. Zároveň zpění saponát, takže pokus je efektnější. Do směsi je možné přidat potravinářské barvivo a pokus je více efektnější Úkol č. 2 měření vzniku CO 2 v průběhu hoření Pomůcky: čidlo CO 2, teploměr zelený, 1 l kádinka, hliníková fólie 17

18 Obrázek č. 2: čidlo CO 2 (vernier.com) Chemikálie: NaHCO 3 jedlá soda, CH 3 COOH ocet, saponát Postup: 1. Nachystej si 1 l kádinku, přichystej si hliníkovou fólii na přikrytí kádinky a do této připravené hliníkové fólie vytvoř otvor pro CO 2 čidlo a teploměr a vlož je do hliníkové folie. 2. Do 1 l kádinky vytvoř nasycený roztok jedlé sody a přidej kapku saponátu. 3. Připrav si ocet. 4. Zapoj řídicí jednotku do PC. 5. Čidlo oxidu uhličitého nastav do polohy Low (0-10,000 ppm). 6. Spusť program eprolab. 7. Klikni na HiScope. 8. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena čidlo CO2 10K kanál Vin 0, teploměr zelený kanál Vin 1 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 2s a počet vzorků

19 d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (popř. můžeme zaškrtnout políčko zobrazení číselného integrálu na čase) e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 9. Testovací nádobu obal hliníkovou fólií. 10. Zapni program, do 1 l kádinky nalij ocet, přikryj jí připravenou hliníkovou fólií s čidly a po dobu 15 minut snímej údaje o koncentraci CO 2 a teplotě. 11. Z grafu pomocí ukazatele myší získej údaje o změnách koncentrací a graf si ulož. 12. Vyčisti a ukliď všechny používaná čidla a pomůcky. Z výsledného grafu vyčti, jak se měnila teplota v průběhu reakce. Odůvodni, proč tomu tak bylo: Teplota se snižovala, protože se jedná o endotermní reakci, kdy se teplo spotřebovává na průběh reakce Úkol č. 3 měření vzniku CO 2 v průběhu hoření Pomůcky: čidlo CO 2, zápalky, špejle, svíčka, 1 l kádinka Postup: 19

20 1. Nachystej si 1 l kádinku, přichystej si hliníkovou fólii na přikrytí kádinky a do této připravené hliníkové fólie vytvoř otvor pro CO 2 čidlo a vlož jej do hliníkové folie. 2. Do 1 l kádinky vlož svíčku. 3. Zapal svíčku zapálenou špejlí. 4. Zapoj řídicí jednotku do PC. 5. Čidlo oxidu uhličitého nastav do polohy Low (0-10,000 ppm). 6. Spusť program eprolab. 7. Klikni na HiScope. 8. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena čidlo CO2 10K kanál Vin 0 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 2s a počet vzorků 500 d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (popř. můžeme zaškrtnout políčko zobrazení číselného integrálu na čase) e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 9. Zapni program, přikryj kádinku hliníkovou fólií s čidlem CO 2 a po dobu 15 minut snímej údaje o koncentraci CO Z grafu pomocí ukazatele myší získej údaje o změnách koncentrací a graf si ulož. 20

21 11. Vyčisti a ukliď všechny používaná čidla a pomůcky Závěry a celkové hodnocení práce 21

22 Pracovní list pro žáka Název úlohy: Požár Cíle: Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 1.2 Teoretický základ úlohy - Rozdíl mezi ohněm a požárem - Tři předpoklady k hoření - Nejčastější příčiny vzniku požáru - Třídy požáru - Typy hasicích přístrojů 22

23 1.2.1 Úkoly Úkol č. 1 výroba improvizovaného hasicího přístroje Pomůcky: dvě sklenice jedna větší, jedna menší, víčko, brčko, plastelína, papír, zápalky, špejle Chemikálie: NaHCO 3 jedlá soda, CH 3 COOH ocet, saponát Postup: - Doprostřed víčka velké sklenice udělejte díru velkou jako průměr brčka. - Do velké sklenice nasypejte jedlou sodu a pár kapek saponátu. - Do roztoku opatrně vložte zkumavku s octem tak, aby se jednotlivé roztoky nepromíchaly. - Velkou sklenici uzavřeme víčkem s dírkou a vložíme do něj brčko. Brčko je potřeba utěsnit plastelínou. 23

24 - Připravte si skleněnou nádobu s hořícím papírem. - Uzavřete brčko prstem a nad skleněnou nádobou obraťte baňku tak, aby ústila do nádoby a směrovala na hořící papír. - Obrácením baňky se roztoky smíchají a probíhá reakce: CH 3 COOH + NaHCO 3 CO 2 + CH 3 COONa + H 2 O - Vzniklý oxid uhličitý vytlačí proud kapaliny, která zahasí papír. Zároveň zpění saponát, takže pokus je efektnější. Do směsi je možné přidat potravinářské barvivo a pokus je více efektnější. 24

25 25

26 Úkol č. 2 měření vzniku CO 2 v průběhu hoření Pomůcky: čidlo CO 2, teploměr zelený, 1 l kádinka, hliníková fólie Chemikálie: NaHCO 3 jedlá soda, CH 3 COOH ocet, saponát Postup: 1. Nachystej si 1 l kádinku, přichystej si hliníkovou fólii na přikrytí kádinky a do této připravené hliníkové fólie vytvoř otvor pro CO 2 čidlo a teploměr a vlož je do hliníkové folie. 2. Do 1 l kádinky vytvoř nasycený roztok jedlé sody a přidej kapku saponátu. 3. Připrav si ocet. 4. Zapoj řídicí jednotku do PC. 5. Čidlo oxidu uhličitého nastav do polohy Low (0-10,000 ppm). 6. Spusť program eprolab. 7. Klikni na HiScope. 8. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena čidlo CO2 10K kanál Vin 0, teploměr zelený kanál Vin 1 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 2s a počet vzorků 500 d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (popř. můžeme zaškrtnout políčko zobrazení číselného integrálu na čase) 26

27 e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 9. Testovací nádobu obal hliníkovou fólií. 10. Zapni program, do 1 l kádinky nalij ocet, přikryj jí připravenou hliníkovou fólií s čidly a po dobu 15 minut snímej údaje o koncentraci CO 2 a teplotě. 11. Z grafu pomocí ukazatele myší získej údaje o změnách koncentrací a graf si ulož. 12. Vyčisti a ukliď všechny používaná čidla a pomůcky. Z výsledného grafu vyčti, jak se měnila teplota v průběhu reakce. Odůvodni, proč tomu tak bylo: Úkol č. 3 měření vzniku CO 2 v průběhu hoření Pomůcky: čidlo CO 2, zápalky, špejle, svíčka, 1 l kádinka Postup práce: 1. Nachystej si 1 l kádinku, přichystej si hliníkovou fólii na přikrytí kádinky a do této připravené hliníkové fólie vytvoř otvor pro CO 2 čidlo a vlož jej do hliníkové folie. 2. Do 1 l kádinky vlož svíčku. 3. Zapal svíčku zapálenou špejlí. 4. Zapoj řídicí jednotku do PC. 5. Čidlo oxidu uhličitého nastav do polohy Low (0-10,000 ppm). 6. Spusť program eprolab. 7. Klikni na HiScope. 27

28 8. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena čidlo CO2 10K kanál Vin 0 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 2s a počet vzorků 500 d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (popř. můžeme zaškrtnout políčko zobrazení číselného integrálu na čase) e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 9. Zapni program, přikryj kádinku hliníkovou fólií s čidlem CO 2 a po dobu 15 minut snímej údaje o koncentraci CO Z grafu pomocí ukazatele myší získej údaje o změnách koncentrací a graf si ulož. 11. Vyčisti a ukliď všechny používaná čidla a pomůcky Závěry a celkové hodnocení práce 28

29 2 Jaderná energetika a radiační havárie V této kapitole se dozvíte: - Co je to radioaktivita. - Jaký je rozdíl mezi přirozenou radioaktivitou a umělou radioaktivitou. - Kdo objevil radioaktivitu. - Typy záření - Co je to radiační havárie, jaké má stupně a kdy a kde se stala havárie tohoto stupně. Po prostudování této kapitoly budete schopní: - Charakterizovat, co je to radioaktivita - Vysvětlit rozdíl mezi přirozenou a umělou radioaktivitou. - Vysvětlit, co je to radiační havárie, jaké má stupně a kdy se kde stala havárie určitého stupně 29

30 - Reagovat na znamení bezpečnostních orgánů při vydání varování o radiační havárii a postupovat dle doporučení 2.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Chemie Název tematického celku: Jaderné reakce Název úlohy: Jaderná energetika a radiační havárie Cíle: žák bude umět charakterizovat radioaktivitu, bude schopný vysvětlit rozdíl mezi přirozenou a umělou radioaktivitou, bude schopen vysvětlit, co je to radiační havárie a bude znát významné radiační havárie a to, jak se zachovat v případě radiační havárie Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. Časové rozvržení realizace úlohy: 90 minut Teoretický základ úlohy Snad žádnému oboru lidské činnosti není věnována tak mimořádná pozornost jako radiační a jaderné bezpečnosti jaderných zařízení! Co je to ta radioaktivita? Radioaktivita neboli radioaktivní rozpad je samovolná přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká ionizující záření. Kdo objevil radioaktivitu? 30

31 Radioaktivitu objevil Henri Becquerel, Marie-Curie Sklodowská a Pierre Curie u solí uranu. Pracovali nezávisle na sobě a poté své poznatky spojili. Marie- Curie Sklodowská a Pierre Curie byli manželé, kteří prováděli své výzkumy v Paříži. Za objev radioaktivity získali 3 Nobelovy ceny. Radioaktivita se běžně rozděluje na radioaktivitu přirozenou a umělou. Jaký je mezi nimi rozdíl? Přirozená radioaktivita je důsledkem samovolného rozpadu atomového jádra. Přirozeně radioaktivních je mnoho látek v přírodě - takové látky se pak označují jako radioaktivní látky. Umělou radioaktivitu získají prvky transmutací, vlivem řetězové reakce nebo působením urychlených částic. Umělá radioaktivita je tedy podmíněna přeměnou jádra, která je způsobena vnějším vlivem, např. při ostřelování částicemi α se jádra mohou dále samovolně rozpadat, tzn. vykazují radioaktivitu. Takováto jádra v přírodě běžně neexistují, ale byla vytvořena uměle. Zákonitosti rozpadu těchto uměle vytvořených jader jsou shodné s zákony popisujícími rozpad přirozeně radioaktivních jader. Umělou radioaktivitu poprvé pozorovali manželé Joliot-Curie v prosinci Omylem zapomenutá hliníková fólie po pokusech s pozitrony zůstala u čítače paprsků. Na něm se později objevil nezvykle vysoký počet záznamů. Při pátrání po příčině se podařilo objevit výše zmíněnou reakci a chemicky ji dokázat. Za svůj objev byli oba objevitelé oceněni Nobelovou cenou. 31

32 Radioaktivní záření můžeme rozdělit na záření α, β a γ. Záření α Záření α je pohlcováno již listem papíru a ve vzduchu se pohltí na dráze asi 40 cm. Před zářením α se lze snadno chránit. Zářič α může být ovšem nebezpečný při vdechnutí či požití, kdy bude působit uvnitř organismu. Záření α se vychyluje jak v elektrickém poli, tak v magnetickém poli a představuje svazek rychle letících jader atomu helia (helionů), tvořených dvěma protony a dvěma neutrony. Částice α letí velkou rychlostí, mají kinetickou energii v rozmezí <2;8>MeV a silné ionizační účinky. Záření β Záření beta jsou částice, které jsou vysílány radioaktivními jádry prvků při beta-rozpadu. Velmi rychle se pohybují. Nesou kladný (pozitrony) nebo záporný elektrický náboj (elektrony) a jejich pohyb může být tedy ovlivňován elektrickým polem. Pronikavost beta záření je větší než u alfa částic, mohou pronikat materiály s nízkou hustotou nebo malou tloušťkou. K jejich zastavení stačí vrstva vzduchu silná 1m, 1 cm vrstva plexiskla nebo olovo o šířce 1 mm. Často se k odstínění používá tenká hliníková fólie. Záření γ Záření gama je záření často vyzařované radionuklidy spolu s beta zářením. Proud gama částic má spíše charakter vlnění s podobnými vlastnostmi jako světlo nebo rentgenové záření. Částice gama se pohybují rychlostí světla, nemají žádný elektrický náboj, proto mají velmi vysokou pronikavost a jsou tedy nejnebezpečnější. Pro průchod gama záření má vzduch polotloušťku 120 m, olovo pak 13 mm. Když je záření gama méně ionizující než α i β, je pro 32

33 živé organismy včetně člověka nebezpečné. Způsobuje podobná poškození jako rentgenové záření: popáleniny, rakovinu a genové mutace. Proto je nutno se před jeho účinky chránit. Vysokoenergetická povaha záření gama je využívána jako účinný prostředek hubení bakterií, při sterilizaci lékařských nástrojů nebo při ošetřování potravin, zejména masa, zeleniny a ovoce, aby déle zůstalo čerstvé. Přestože může samo způsobovat rakovinu, používá se při jejím léčení. Přístroj zvaný gama nůž využívá několika paprsků záření zaměřených na místo nádoru, aby zničil zhoubným bujením zasažené buňky. V ostatních místech prochází jen jeden paprsek, a proto jsou zdravé buňky méně poškozené a přežijí. Využívá se také v nukleárním lékařství pro diagnostické účely. Záření γ objevil francouzský chemik a fyzik Paul Ulrich Villard roku 1900 při studiu uranu. Pomocí aparatury, kterou si sám sestavil, pozoroval, že není ohýbáno magnetickým polem. Zpočátku se myslelo, že záření γ je částicové povahy stejně jako α a β. Britský fyzik Bragg roku 1910 ukázal jeho vlnový charakter tím, že ionizuje plyn obdobně rentgenovému záření. Zakreslete, jak budou procházet jednotlivá záření: 33

34 Obrázek č. 1: Průchod záření α, β, γ ( Objev radioaktivity přinesl nejen jaderné zbraně, kdy dochází k nekontrolovatelnému štěpení jádra, ale také jadernou energii. V jaderných elektrárnách dochází ke kontrolovatelnému štěpení jádra za uvolnění velkého množství energie a její přeměna na energii elektrickou. Obrázek č. 2: Schéma jaderné elektrárny ( Jaderná elektrárna funguje na stejném principu jako elektrárna uhelná. U obou typů je elektrická energie v generátoru poháněném parní turbínou. V uhelné elektrárně vzniká teplo k vytvoření páry spalováním uhlí. V jaderné elektrárně vzniká teplo řízenou reakcí při štěpení jader uranu. 34

35 Obrázek č. 3: Reaktor ( V reaktoru dochází k řízení štěpení jader uranu. Při štěpné reakci se uvolňuje velké množství tepelné energie. Obrázek č.4: Primární okruh ( V primárním okruhu proudí voda. Teplo, vytvořené v reaktoru, odvádí vodu primárního okruhu do tepelného výměníku neboli parogenerátoru. 35

36 Obrázek č. 5: Parogenerátor ( V parogenerátou předává voda primárního okruhu své teplo do sekundárního okruhu. Vzniká zde pára. Obrázek č. 6: Sekundární okruh ( Pára je sekundárním okruhem vedena na turbínu. Obrázek č. 7: Turbína ( Pára roztáčí turbínu a ta pohání generátor elektrické energie. 36

37 Obrázek č. 8: Generátor ( V generátoru se mechanická nergie rotace turbíny přeměňuje na elektřinu. Obrázek č. 9: Kondenzátor ( V kondenzátoru se ochlazuje pára přicházející z turbíny. Pára se přeměňuje na vodu, která se vrací do parogenerátoru. Obrázek č. 10: Třetí okruh ( 37

38 Třetím okruhem proudí chladící voda, která v kondenzátoru odebírá teplo páře. Obrázek č. 11: Chladící věž ( V chladící věži se odparem v proudícím vzduchu ochlazuje voda terciárního okruhu. Do ovzduší z věže stoupá jen čistá vodní pára. Obrázek č. 12: Celý okruh ( Celý okruh jaderné elektrárny. Větší obrázek je na straně 5. Nad jadernou a radiační bezpečností je vykonáván státní odborný dozor: - SÚJB Státní úřad pro jadernou bezpečnost - SÚRO Státní úřad radiační ochrany 38

39 - SÚJCHB Státní ústav pro jadernou, chemickou a biologickou ochranu Při zajišťování jaderné bezpečnosti, havarijní připravenosti a radiační ochrany se vychází z doporučení mezinárodních orgánů a organizací: - IAEA Mezinárodní agentura pro atomovou energii (International Atomic Energy Agency) - ICRP Mezinárodní komise pro radiační ochranu (international Commission for Radiological Protection) - WHO- Světová zdravotnická organizace Ikdyž dochází ke zlepšování technologií, přesto došlo k radiačním haváriím. Radiační havárie se klasifikují do osmi stupňů podle Mezinárodní stupnice jaderných událostí (The International Nuclear Event Scale - INES). Je to osmistupňová škála, zavedená v roce 1990 pro posuzování poruch a havárií jaderných zařízení. Zavedly ji Mezinárodní agentura pro atomovou energii (česká zkratka MAAE, anglická zkratka IAEA) a Agentura pro jadernou energii OECD (OECD/NEA). 39

40 40

41 Tabulka č. 1: Mezinárodní stupnice jaderných havárií Zřejme nejznámější je velmi těžká havárie v Černobylu. Co se stalo při havárii v Černobylu? Může se stát podobná havárie jako v Černobylu i v českých jaderných elektrárnách? Došlo zde k výbuchu jaderného reaktoru. Není to pravděpodobné, protože české elektrárny používají odlišné a modernější technologie a pracuje v nich kvalifikovanější personál než v Černobylu. Právě tyto faktory byly při černobylské havárii rozhodující. Krátce po havárii v Černobylu byla založena mezinárodní organizací provozovatelů jaderných elektráren WANO, jejíž programy pomohly mnohonásobně zvýšit bezpečnost provozu JE. Podstatně se přitom také posílila pozice úřadů, které na bezpečnost dohlížejí. České jaderné elektrárny jsou odlišné konstrukce, havárie černobylského typu v nich nemůže nastat už jen z fyzikálního principu, na kterém jsou děje v jejich reaktoru založeny. Reaktory černobylského typu se nikde na světě nestavějí a mimo několika posledních v Rusku a na Ukrajině již ani nevyskytují. Pro objektivní hodnocení jaderných událostí zavedla Mezinárodní agentura pro atomovou energii ve Vídni (MAAE) mezinárodní stupnici INES (International Nuclear Event Scale). Stupnice má sloužit především ke 41

42 komplexnímu, rychlému a srozumitelnému informování veřejnosti o závažnosti událostí, ke kterým dochází v jaderných zařízeních a zařízeních, kde se pracuje s radioaktivními látkami, jako je průmysl, zdravotnictví, vědecké laboratoře atp. Jaderné elektrárny prý škodí životnímu prostředí. Je tomu opravdu tak? Své tvrzení zdůvodněte: Jaderné elektrárny mají na životní prostředí méně škodlivý vliv, než ostatní významné zdroje výroby elektřiny: neprodukují skleníkové plyny, jejich (radioaktivní) odpady a výpusti jsou zcela pod kontrolou, nespotřebovávají takové primární zdroje, které by šly využít k něčemu jinému. Kromě toho na malé ploše dokáží poskytnout velký výkon. Současná jaderná energetika šetří životní prostředí eliminací asi 2,4 Gt CO 2 /rok. Samozřejmě, že jaderné elektrárny nemají za úkol spasit svět od CO 2, jsou ale jednou z rozumných cest, jak koncentraci skleníkového plynu alespoň nezvyšovat. Uhelná elektrárna o ekvivalentním výkonu 1000 MWe spotřebuje ročně 2 až 6 milionů tun paliva (podle typu uhlí) a vyprodukuje 6,5 milionu tun CO 2 (960 t CO 2 /GWh). Analogická plynová elektrárna spotřebuje ročně 2 až 3 miliardy m 3 plynu a produkuje 480 t CO 2 /GWh. Olejová elektrárna stejného výkonu spotřebuje ročně 1,5 milionu tun topného oleje a produkuje 730 t CO 2 /GWh. Elektrárna na spalování biomasy o stejném výkonu by představovala zábor půdy pro pěstování biomasy na rozloze 6000 km 2, větrná elektrárna by zabrala 100 km 2 a sluneční 50 km 2. Naproti tomu bezemisní 42

43 jaderná elektrárna o výkonu 1000 MWe spotřebuje ročně jen 35 t paliva a zabírá rozlohu několika km 2. Jen v Evropské unii ušetří jaderné elektrárny asi 700 miliónů tun CO 2 ročně, tedy asi tolik, co ročně vypustí všechna soukromá auta obyvatel všech členských států. 43

44 Z jakého důvodu je nebezpečný výbuch jaderného reaktoru? Z důvodu úniku radiace a také velkého úniku tepla při štěpných reakcích. Pojem radiační havárie vyjadřuje skutečnost, že na jaderné elektrárně došlo k poškození některých ochranných bariér, přičemž lze předpokládat únik takového množství radioaktivních látek do životního prostředí, které vyžaduje provedení opatření na ochranu obyvatelstva. Podstatou všech opatření ochrany osob před účinky a následky nadměrného ozáření je podstatné snížení kontaktu se zářením. Nejefektivnějším způsobem ochrany před radioaktivními látkami je ukrytí. Již pouhým pobytem v budovách za zavřenými okny se podstatně omezí účinky radioaktivního záření. Ukrytím však nesmí být omezena možnost poslechu stanovených rozhlasových, televizních a dalších informačních kanálů. Ochrana před ionizujícím zářením: Uzavřít okna, dveře, větrací otvory, vypnout větrání a klimatizaci. Uhasit kamna a jiná spalovací zařízení. Zabezpečit své potraviny a zásobu vody před možnou kontaminací zabalením do neprodyšných obalů a lahví, a uložením do chladničky, mrazničky či spíže. Zabezpečit vodní zdroj (studnu) před kontaminací překrytím např. polyetylenovou folií. 44

45 Zastihne-li Vás vyhlášení varovného signálu mimo budovu, na volném prostranství, je nejvhodnější odebrat se neprodleně do nejbližší budovy nebo automobilu alespoň k provizornímu ukrytí. Pokud jste mohli přijít do styku s radioaktivními látkami z radiační havárie, je zapotřebí: Před vstupem do místností určených pro ochranu odložit obuv a svrchní oděv i ochrannou roušku nejlépe do neprodyšného obalu a již je nepoužívejte. Omýt důkladně ruce, obličej a vlasy, vypláchnout oči, ústa, vyčistit nos a uši. Ihned nebo při nejbližší příležitosti se osprchovat a vyměnit prádlo. Jestliže se v době vyhlášení varovného signálu nacházíte doma, doporučujeme Vám dodržovat tato opatření: Pokud možno soustředit se rodinu. Nesnažit se však vyzvednout děti ze škol a školek, či příbuzné z jiných zařízení (např. zdravotních, ústavů sociální péče, apod.). Bude o ně personálem těchto zařízení postaráno a zbytečné prodlévání v nechráněném prostoru by Vám neprospělo. Zapněte si rozhlas a televizi. Připravit improvizované ochranné prostředky (ochrannou roušku, pokrývku hlavy, gumové holínky a rukavice nebo návleky na ruce a obuv z umělé hmoty a vhodné oblečení pro případ odchodu z budovy) Jódová profylaxe: Požití jódových tablet se provádí až po výzvě ve sdělovacích prostředcích. Je nejúčinnější před příchodem radioaktivního oblaku. Jednou z látek unikajících při radiační havárii je radioaktivní jód. Aby se předešlo jeho hromadění ve štítné žláze člověka a poškození zdraví, užívají se tablety s neradioaktivním jódem (KI), který nasytí štítnou žlázu a nevpustí do ní radioaktivní jód. 45

46 Budete-li vyzváni, požijte ihned jednu dávku jodových tablet a zapijte ji vodou. Pokud z nějakého důvodu nemáte tablety v dosahu, nevycházejte pro ně mimo budovu, ukrytí je důležitější. Evakuace je velmi účinným ochranným opatřením. 46

47 2.1.2 Pomůcky PC, řídicí jednotka, teploměr zelený, polystyrén, 10% HCl, destilovaná voda, Obrázek č. 13: Teploměr (Vernier.cz, vernier.com) Úkoly Vzhledem k tomu, že u radiační havárie uniká radiace, nebudeme provádět měření radiace, ale provedeme změření exotermní reakce, která je charakteristická pro radiační havárii. Příklad exotermní reakce je například hoření železa v kyslíkové atmosféře, hoření hořčíkové pásky, ředění kyselin, katalytický rozklad peroxidu vodíku oxidem manganičitým, zapálení prskavky. My si vyzkoušíme ředění kyselin, abyste si zapamatovali, proč se vždy kyselina ředí tak, že lijeme kyselinu do vody a ne naopak! Úkol č. 1 Exotermní reakce ředění kyseliny chlorovodíkové 1. Nachystej si 600 ml kádinku a do ní si rozdrobíme polystyrén tak, aby tvořil izolační vrstvu vnitřní kádince. 47

48 Obrázek č. 14: Schéma aparatury (Veřmiřovský, J. Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůsek na SŠ, 1. Vydání, ) 2. Do vnitřní kádinky nalij 70 ml destilované vody. 3. Zapoj řídicí jednotku do PC. 4. Spusť program eprolab. 5. Klikni na HiScope. 6. Nastavení programu: a) Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena teploměr zelený kanál Vin 0 b) Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c) Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 20 ms a počet vzorků Vzorkovací čas bude 4 minuty. d) Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (popř. můžeme zaškrtnout políčko zobrazení číselného integrálu na čase) e) V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 7. Ponoř do vnitřní kádinky zelený teploměr a zapni program. 8. Po ustálení teploty nalij do vnitřní kádinky 30 ml 10% kyseliny chlorovodíkové. 9. Z grafu pomocí ukazatele myší získej údaje o změně teplot a graf si ulož a zakresli do tabulky č Vyčisti a ukliď všechny používaná čidla a pomůcky. 48

49 49

50 Tabulka č. 1: Graf Úkol č. 2 výpočet Vypočítej, kolikaprocentní kyselina chlorovodíková vznikla při ředění v úkol č. 1: Správná odpověď: 7% HCl 50

51 Pracovní list pro žáka Název úlohy: Jaderná energetika a radiační havárie Cíle: Pomocí dynamometru změř sílu pravé a levé ruky Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 2.2 Teoretický základ úlohy - Vysvětli, je to radioaktivita. - Jaký je rozdíl mezi přirozenou radioaktivitou a umělou radioaktivitou? - Kdo objevil radioaktivitu? - Jaké znáte druhy záření? - Co je to radiační havárie, jaké má stupně a kdy a kde se stala havárie tohoto stupně? - Správné reakce na znamení bezpečnostních orgánů při vydání varování o radiační havárii a postupovat dle doporučení Snad žádnému oboru lidské činnosti není věnována tak mimořádná pozornost jako radiační a jaderné bezpečnosti jaderných zařízení! Co je to ta radioaktivita? 51

52 Kdo objevil radioaktivitu? Radioaktivita se běžně rozděluje na radioaktivitu přirozenou a umělou. Jaký je mezi nimi rozdíl? Zakreslete, jak budou procházet jednotlivá záření: Obrázek č. 1: Průchod záření α, β, γ: Zřejme nejznámější je velmi těžká havárie v Černobylu. Co se stalo při havárii v Černobylu? Může se stát podobná havárie jako v Černobylu i v českých jaderných elektrárnách? 52

53 Jaderné elektrárny prý škodí životnímu prostředí. Je tomu opravdu tak? Své tvrzení zdůvodněte: Z jakého důvodu je nebezpečný výbuch jaderného reaktoru? Jak se máte zachovat, pokud dojde k radiační havárii? 53

54 2.2.1 Pomůcky PC, řídicí jednotka, teploměr zelený, polystyrén, 10% HCl, destilovaná voda, Úkoly Úkol č. 1 Exotermní reakce ředění kyseliny chlorovodíkové 1. Nachystej si 600 ml kádinku a do ní si rozdrobíme polystyrén tak, aby tvořil izolační vrstvu vnitřní kádince. a. b. Skripta_nove_pristupy.chemie 2. Do vnitřní kádinky nalij 70 ml destilované vody. 3. Zapoj řídicí jednotku do PC. 4. Spusť program eprolab. 5. Klikni na HiScope. 6. Nastavení programu: 54

55 i. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena teploměr zelený kanál Vin 0 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 20 ms a počet vzorků Vzorkovací čas bude 4 minuty. d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (popř. můžeme zaškrtnout políčko zobrazení číselného integrálu na čase) e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 7. Ponoř do vnitřní kádinky zelený teploměr a zapni program. 8. Po ustálení teploty nalij do vnitřní kádinky 30 ml 10% kyseliny chlorovodíkové. 9. Z grafu pomocí ukazatele myší získej údaje o změně teplot a graf si ulož a zakresli do tabulky č Vyčisti a ukliď všechny používaná čidla a pomůcky. 55

56 Tabulka č. 1: Graf Úkol č. 2 výpočet Vypočítej, kolikaprocentní kyselina chlorovodíková vznikla při ředění v úkol č. 1: Závěry a celkové zhodnocení práce 56

57 3 Povodeň V této kapitole se dozvíte: - strukturu, fyzikální a chemické vlastnosti vody - jaký je význam záplav na Zemi - jaký je rozdíl mezi povodněmi a záplavami - co jsou to tzv. bleskové povodně - jaké stupně povodně rozlišujeme a jak máme v jednotlivých stupních měnit své chování - jak člověk ovlivnil výskyt a rozsah povodní Po prostudování této kapitoly byste měli být schopni: - vysvětlit, jaký je rozdíl mezi povodněmi a záplavami - vědět, jak se chovat, pokud povodeň nastane právě u vás - umět vysvětlit, jak povodeň vzniká a který stupeň povodně náš ohrožuje 57

58 - vysvětlit, jak člověk ovlivnil výskyt povodní 3.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Chemie Název tematického celku: Voda Název úlohy: Povodeň Cíle: žák bude umět vysvětlit vlastnosti vody, bude vědět, jak povodeň vzniká, bude se umět zachovat při povodni a bude umět aplikovat tyto poznatky v praxi Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. Časové rozvržení realizace úlohy: 90 minut Teoretický základ úlohy Co vás napadne, když se řekne slovo voda? Vezměte si čistý list papíru a napište vše, co vás napadne. Vodu můžeme rozdělit: podle skupenství o o o plynná kapalná pevná podle hydrologie a meteorologie: o povrchová voda v oceánech (většinou slaná), např. mořská voda voda v ledovcích (sladká, v pevném skupenství) 58

59 o o podle umístění voda v řekách, potocích a potůčkách (většinou sladká; vždy tekoucí) voda v jezerech (někdy slaná, někdy sladká; někdy tekoucí, někdy stojatá) podle stojatosti tekoucí voda stojatá voda ostatní povrchová voda podpovrchová půdní vláha podzemní voda voda v atmosféře ve formě páry nebo ve formě srážek podle tvrdosti o o měkká obsahuje málo minerálních látek tvrdá z podzemních pramenů, obsahuje více minerálních látek podle salinity (slanosti) o o o slaná voda sladká voda brakická voda podle mikrobiologie o o pitná voda je vhodná ke každodennímu použití, je zbavená nečistot, obsahuje vyvážené množství minerálních látek tak, aby neškodily zdraví, např. minerální voda (obsahuje mnoho minerálních látek), může to být i balená voda užitková voda v průmyslových závodech (sníží se tvrdost vody a ta se zbaví Fe 2+ a Mn 2+ ) a v potravinářství vyžaduje dezinfikovanou vodu (chlórování, ozonizace, ozařování 59

60 o ultrafialovým zářením), např. napájecí voda (voda pro parní kotle, zbavená minerálních solí, aby nevznikl kotelní kámen, který zanáší potrubí, nebo voda určená k napojení zvířat /má odlišné parametry než voda pitná/ ) odpadní voda, např. splašková voda Chemicky čistá voda (destilovaná voda či deionizovaná voda) je elektricky nevodivá, ale i malé množství rozpustných příměsí způsobuje její vodivost. Můžeme pít destilovanou vodu? Své tvrzení zdůvodněte: Nemůžeme, protože neobsahuje ionty a minerály a je proto pro tělo nebezpečná. Mohla by narušit metabolismus rozvrácením rovnováhy iontů v organismu. Vlastnosti vody bezbarvá kapalina, v silné vrstvě namodralá kapalina bez chuti a zápachu molekula vody je lomená, tvoří kovalentní vazby O-H (silně polární rozdíl elektronegativity), spojnice atomů svírá vazebný úhel 105 a jednotlivé molekuly vody jsou v kapalném a pevném stavu spojeny vodíkovými můstky, což je důvod mnoha anomálií Obrázek č. 1: Schéma vodíkových můstků 60

61 o při přechodu do pevného stavu vzrůstá objem o 10%, a proto led plave na vodě (menší hustota) o největší hustotu má voda při 3,95 C je to způsobeno polymerizací vodních molekul v závislosti na teplotní změně úhlu mezi atomy vodíku. Nejmenší objem má proto při 3,95 C a dalším snižováním teploty se objem zase zvětšuje zvětšování objemu má význam pro rostliny a zemědělství při mrznutí dochází ke kypření ornice o bod varu - Obecný trend v periodické tabulce prvků je takový, že s rostoucí hmotností se zvyšuje teplota varu. Nicméně vodíkové můstky nám dokazují, že mají větší vliv na teplotu varu než hmotnost dané látky, a že voda a všechny sloučeniny s vodíkem v druhé periodě - B 2 H 6, CH 4, NH 3 a HF - jsou výjimkou v tomto trendu. Teplota tání = 0 C, Teplota varu = 100 C tvoří základní stupnice Celsiovy stupnice Mpembův jev: teplá voda paradoxně mrzne (je narušena její struktura) dřív než studená (k jevu nemusí dojít vždy). Jaké z toho plyne ponaučení? Ve velkých mrazech není dobré jezdit na myčku a mýt auto teplou vodou. Pitná voda musí splňovat určité požadavky, předepsanou tvrdost, musí být zdravotně nezávadná, nesmí překročit normy choroboplodných zárodků a hranici obsahu dusičnanů, dusitanů, amonných a jiných iontů. Má být bez barvy a zápachu, příjemné a osvěžující chuti. 61

62 Kvalitu je třeba upravovat ve vodárnách. V Ostravě zajišťují pitnou vodu Ostravské vodárny a kanalizace. Dokázali byste najít na internetu, jak je dlouhá vodovodní síť v Ostravě? 1044 km Voda v přírodě Při pohledu z vesmíru vypadá Země jako modrobílá planeta: bílá od vodní páry a modrá od vody. A zákonitě všechny formy života závisejí na vodě. Většinu povrchu Země (71 %) pokrývá slaná voda moří a oceánů, jež tvoří 97 % celého vodstva na naší planetě. Obsahuje průměrně 35 g solí v jednom litru. Sladká voda tvoří jen nepatrnou část hydrosféry - 3 %, přičemž 69 % této vody je v ledovcích, které jsou v polárních oblastech. Dalších 30 % je voda podzemní a jen necelé procento tvoří voda povrchová a atmosférická. Jak už se říká: voda je nejen dobrý pomocník, Dokázali byste vyjmenovat alespoň 6 významů vody na zemi? Zdroj života a obživy, polární rozpouštědlo, významná suroviny všech průmyslových odvětví, základ rostlinné a živočišné výroby, hraje významnou roli v dopravě, ovlivňuje klima krajiny, minerální voda má léčivé účinky, ale špatný pán V této souvislosti rozlišujeme dva pojmy: záplavy a povodně. Často jsou tyto dva termíny zaměňovaný. Jaký je mezi nimi rozdíl? Povodeň je přírodní katastrofa, způsobená rozlitím nadměrného množství vody v krajině mimo koryta řek. Jejími následky mohou být různě velké škody na majetku, ekologické škody či oběti na lidských životech. Záplava je vylití vody z koryta v důsledku povodně. 62

63 Inspirace: video od Michaela Londesborougha o povodních na webu: Rozlišujeme zde 3. stupně povodňové aktivity: 1. stupeň bdělosti - vyhlašuje se při stoupání vodní hladiny, je potřeba věnovat toku zvýšenou pozornost, například v Praze se při tomto stavu vyklízejí náplavky u Vltavy. 2. stupeň pohotovosti - vyhlašuje se ve chvíli, kdy vzniká sama povodeň, voda se na některých místech rozlévá, ale mimo obydlená území, například na pole, zasedá povodňová komise 3. stupeň ohrožení - voda začíná ohrožovat obydlená místa, hrozí nebezpečí ohrožení majetku a životů v místě, kde se voda rozlévá. Může se vyhlásit také ve chvíli, kdy například hrozí protržení vodního díla. Je nutné dbát pokynům Integrovaného záchranného systému a v případě potřeby se nechat evakuovat. Při zhoršování povodňové aktivity je vhodné mít sbaleno evakuační zavazadlo. Víte, co všechno patří do evakuačního zavazadla? 63

64 Obrázek č. 2: evakuační zavazadlo ( - Základní trvanlivé potraviny v konzervách (nezapomenout na otvírák), dobře zabalený chléb a hlavně pitná voda - Předměty denní potřeby, jídelní misku, příbor - Osobní doklady, peníze, pojistné smlouvy a cennosti - Přenosné rádio s rezervními bateriemi - Toaletní a hygienické potřeby - Léky, náhradní prádlo, obuv, oděv, pláštěnka, spací pytel, nebo přikrývky, kapesní nůž, zápalky, šicí potřeby a svítilna Jak se dozvíme, že nám hrozí nebezpečí povodní? Kromě televize, rozhlasu nám poslouží také internet. Aktuální informace najdeme na stránkách Českého hydrometeorologického úřadu a to: 64

65 Na těchto stránkách můžeme zjistit, jaký je stav jednotlivých vodních toků, včetně jejich průtoku. Zkuste si najít: stav Odry ve Svinov, její stav, vodní stav a průtok: Stav ke dni : normální, vodní stav: 137 cm, průtok 9,66 m 3. s -1 Člověk do jisté míry ovlivnil rozsah povodní. Věděli byste jak? Korigováním koryt řek hlavně jejich narovnáváním a tím také urychlením toku řek. V poslední době se objevují tzv. bleskové povodně. Věděli byste, co bleskové povodně znamenají? Blesková povodeň je povodeň, která vzniká po krátkém přívalovém dešti. Za intenzivní srážky způsobující bleskové povodně se považuje cca 30 mm/h, 45 mm/2h, 55 mm/3h a 60 mm/5h a více srážek. 65

66 Obrázek č. 3: Intenzita srážek v ČR ( Následky povodní můžete vidět na následujících fotografiích č. 1 a 2. 66

67 3.1.2 Pomůcky počítač, řídící jednotka, teplotní senzor, 400 ml kádinka, 10 ml odměrný válec, skleněná tyčinka, zkumavka, držák, křížová svorka, stojan, laboratorní lžička. Chemikálie: voda, led, chlorid sodný Úkoly Úkol č. 1 tuhnutí vody 1. Naplňte 400 ml kádinku do 1/3 ledem a přidejte 100 ml vody. 2. Do připravené zkumavky přichycené v křížové svorce držákem na stojan, pomocí odměrného válce nalijte 5 ml vody. Zkumavka je umístěna nad ledovou lázní. 3. Umístěte teplotní senzor do vody ve zkumavce. 4. Připojte teplotní senzor k řídicí jednotce a řídicí jednotku k počítací. 5. Spusť program eprolab. 6. Klikni na HiScope. 7. Nastavení programu: 67

68 a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena teploměr zelený kanál Vin 0 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 0,1s a počet vzorků d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (popř. můžeme zaškrtnout políčko zobrazení číselného integrálu na čase) e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 8. Nyní chvíli vyčkejte a následně spusťte měření kliknutím na ikonu a po dobu 16 minut a 40 sekund snímej údaje o teplotě. 9. Následně ponořte spodní část zkumavky do směsi led-voda. 10. Krátce po ponoření přidejte do kádinky 5 lžic chloridu sodného a míchejte skleněnou tyčinkou, dokud se chlorid sodný nerozpustí. 11. Po rozpuštění chloridu sodného míchejte dalších 10 minut teplotním senzorem uvnitř zkumavky tak, aby se nedostal nad vytvářený led uvnitř zkumavky. 12. Po uplynutí desíti minut přestaňte míchat teplotním senzorem a nechte zmrazit veškerý obsah zkumavky. 13. Ve chvíli, kdy se původní kostky ledu zmenší, přidejte do kádinky další kostky ledu. 14. Po 15ti minutách od započetí měření jej zastavte ikonou. 15. Zkumavku z kádinky nevytahujte! Stejné tak nevytahujte teplotní senzor ze zkumavky! 68

69 16. Graf z měření uložte pod názvem teplota_tuhnuti_vase_jmeno. 17. Ve chvíli, kdy se původní kostky ledu zmenší, přidejte do kádinky další kostky ledu. Graf č. 1: Teplota tuhnutí 69

70 Úkol č. 2 tání vody 1. Spusťte nové měření kliknutím na ikonu 2. Zkumavku vytáhnete z kádinky, s teplotním čidlem nemanipulujte, nechte jej stále umístěné uvnitř zkumavky! 3. Kádinku obsahující led a vodu vylijte, zkumavku s teplotním čidlem nechte stále ve stejné výšce 12 minut. 4. Během těchto 12ti minut si připravte kádinku s teplou vodou. 5. Po zmiňovaných 12ti minutách ponořte na 3 minuty zkumavku s obsahem a teplotním čidlem do kádinky s teplou vodou. 6. Následně ukončete sběr dat ikonou. 7. Výsledek měření uložte pomocí ikony pod názvem teplota_tani_vase_jmeno. 8. Po ukončení měření opláchnete teplotní senzor destilovanou vodou. Graf č. 2: Teplota tání Popiš dle grafu, k jakým jevům došlo během mrznutí a tání, včetně změn po přidání chloridu sodného! 70