Kyselé deště a jejich vliv na povrchové vody

Transkript

1 Zvyšování kvality výuky v přírodních a technických oblastech CZ.1.07/1.1.28/ Kyselé deště a jejich vliv na povrchové vody (laboratorní práce) Označení: EU-Inovace-BFCh-Ch-06 Předmět: Biologická, fyzikální a chemická praktika Cílová skupina: 8., 9. třída Autor: Mgr. Simona Kubešová Časová dotace: 2 vyučovací hodiny Forma: skupinová práce Anotace: Provedením laboratorní práce by si měli žáci uvědomit, jaký vliv může mít chování člověka na životní prostředí jak ovlivňují zplodiny vzniklé lidskou činností stav životního prostředí, konkrétně jaký vliv mají kyselé deště na povrchové vody, na změnu ph povrchových vod, a jak to může ovlivnit život organismů v těchto vodách. Cíl: Žáci budou simulovat vznik kyselého deště foukáním oxidu uhličitého do destilované vody a změří jeho ph. Následně budou porovnávat, jak se přidáváním kyseliny sírové mění ph různých typů vod zda je změna stejná nebo odlišná u různých typů vod a jak tuto změnu ovlivňuje tvrdost vody.

2 Postup (teorie, motivace, fáze): Kyselý déšť může být velmi škodlivý pro životní prostředí. Snížení ph v řekách a jezerech může zabít ryby a další živočichy. Může poškodit stromy a rostliny, kyselý déšť spálí listí a zbavuje rostlinu živin. Kyselé deště poškozují i kamenné budovy a památky. Ale proč je to na některých místech větší problém než jinde? Chcete-li si odpovědět na tuto otázku, pojďme se nejprve podívat na to, jak se déšť stává kyselým. Oxid uhličitý, CO 2, je plyn, který se přirozeně vyskytuje ve vzduchu. Když se CO 2 rozpouští v dešťových kapkách, vytváří slabou kyselinu tzv. kyselinu uhličitou, H 2 CO 3. Tím se stává déšť přirozeně mírně kyselým. Déšť, jehož ph je 5-6, je běžný a přírodě nepůsobí obecně žádné problémy. Spalováním fosilních paliv se do vzduchu dostává oxid siřičitý, SO 2. Rozpouštěním oxidu siřičitého v dešťových kapkách vzniká slabá kyselina sírová, H 2 SO 4. Tento déšť může mít ph 4, je tedy kyselý. Obrázek 1 ukazuje trend srážek z hlediska ph ve Spojených státech v současnosti. Všimněte si, že většina kyselých dešťů se objevuje nad hustě obydlenými a průmyslovými oblastmi a po směru větru směrem od nich. Obrázek 1 : Typické ph kyselých dešťů ve Spojených státech Kyselý déšť je pro některé oblasti více škodlivý než pro ostatní. To proto, že některé vody odolávají změnám ph lépe než ostatní. Voda, která odolává změně ph, je lépe chráněná. V závislosti na vyrovnávací paměti povrchových vod mohou být některé oblasti silně poškozeny a jiné naopak nemusí být poškozeny vůbec. V první části tohoto experimentu budete sledovat, jak se z neutrálního deště vlivem CO 2 ve vzduchu přirozeně stává kyselý. Tento proces nasimulujete tak, že budete za pomoci brčka foukat do vody, čímž do ní přidáte CO 2, a současně budete sledovat ph vody. Ve druhé části budete sledovat vliv kyselých dešťů na ph různých typů vody. Budete přidávat kyselinu sírovou po kapkách do několika různých typů vody a zaznamenávat ph. Úkol č. 1: Vliv rozpuštěného oxidu uhličitého na ph destilované vody Pomůcky: počítač, rozhraní Vernier Go!Link, ph senzor Vernier PH-BTA, brčko, kádinka 100 ml

3 Chemikálie: destilovaná voda Postup: 1. Připojíme ph senzor s rozhraním Vernier Go!Link. a) Na počítači spustíme program Logger Lite. b) Senzor zapojíme pomocí rozhraní Go! Link do USB portu počítače. c) V programu Logger Lite vidíme okamžitou hodnotu kyselosti roztoku. Pro lepší názornost si okno zvětšíme na celou obrazovku. Tak mohou měření sledovat všichni žáci. 2. Do kádinky o objemu 100 ml nalijeme 50 ml destilované vody. 3. Změříme ph destilované vody. 4. Dáme brčko členovi skupiny, který bude foukat do vody. 5. Klikneme na tlačítko Collect - začít sbírat data - a současně jeden z členů skupiny prostřednictvím brčka začne foukat oxid uhličitý do destilované vody. Může se nadechnout zhluboka, jak je potřeba, a při vydechování se snaží udržet proud vzduchu, který vydechuje do vody, konstantní. Sběr dat ukončíme po 60 sekundách. 6. Po ukončení sběru dat klikneme na tlačítko Statistics a stanovíme maximální a minimální hodnotu ph. Zaznamenáme maximální a minimální hodnotu ph do tabulky. Vypočítáme změnu ph. Maximální ph Minimální ph ph Závěr: Rozpouštěním oxidu uhličitého se ph destilované vody změnilo z na. Destilovaná voda už není neutrální, ale je..(slabě kyselá). Pokusem jsme demonstrovali, jak vzniká (kyselý déšť). Úkol č. 2: Účinky kyselého deště na povrchové vody Pomůcky: počítač, rozhraní Vernier Go!Link, ph senzor Vernier PH-BTA, 3 kádinky o objemu 100 ml, skleněná tyčinka, pipeta

4 Chemikálie: destilovaná voda, měkká voda (dešťová voda), tvrdá voda (minerální voda), 10 % kyselina sírová Postup: 1. Připojíme ph senzor s rozhraním Vernier Go!Link. a) Na počítači spustíme program Logger Lite. b) Senzor zapojíme pomocí rozhraní Go! Link do USB portu počítače. c) V programu Logger Lite vidíme okamžitou hodnotu kyselosti roztoku. Pro lepší názornost si okno zvětšíme na celou obrazovku. Tak mohou měření sledovat všichni žáci. 2. Do kádinky o objemu 100 ml nalijeme 50 ml měkké vody. 3. Změříme ph měkké vody. Před měřením ph senzor důkladně omyjeme v destilované vodě. 4. Do kádinky kápneme pipetou 1 kapku 10% kyseliny sírové a důkladně promícháme skleněnou tyčinkou. Při práci s kyselinou sírovou dodržujeme bezpečnostní opatření. Používáme ochranné prostředky - ochranný plášť, gumové rukavice a ochranné brýle. Kyselina sírová nám může poškodit oděv a způsobit bolestivé popáleniny, jestliže přijde do kontaktu s kůží nebo očima. 5. Po ustálení hodnoty ph zapíšeme naměřený údaj do tabulky. 6. Postupně přidáváme po 1 kapce další kyselinu sírovou, celkem 10 kapek. Po přidání vždy roztok důkladně promícháme a po ustálení hodnoty ph zapíšeme údaj do tabulky. 7. Krok 2 6 opakujeme pro destilovanou a tvrdou vodu. ph vzorku vody ph po přidání 1 kapky 10% H 2 SO 4 ph po přidání 2 kapey10% H 2 SO 4 ph po přidání 3 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 4 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 5 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 6 kapek 10% H 2 SO 4 Měkká voda Destilovaná voda Tvrdá voda

5 ph po přidání 7 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 8 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 9 kapek10% H 2 SO 4 ph po přidání 10 kapek 10% H 2 SO 4 ph (rozdíl ph mezi původním vzorkem a ph odečteném při posledním měření) Závěr: 1. Porovnejte hodnoty ph. U kterého druhu vody dochází k největší změně ph?. U kterého druhu vody dochází k nejmenší změně ph?. 2. Tvrdá voda je tzv. přirozeně chráněná. Na základě tohoto experimentu vysvětlete, co to znamená? 3. Mnoho živých vodních organismů může přežít jen ve vodě s úzkým rozmezím hodnot ph. Ve kterém typu vody - tvrdé nebo měkké - jsou vodní organismy více ohroženi kyselými dešti? Vysvětlete. Rozšiřující úkoly: 1. Typická tvrdost vody v mg/l uhličitanu vápenatého.

6 Obrázek ukazuje výskyt tvrdé a měkké vody ve Spojených Státech. V Illinois je mnoho uhelných elektráren, které produkují oxid uhličitý. Převládající větry nesou znečišťujících látky na severovýchod, kde přispívají ke vzniku kyselých dešťů. Na základě toho, co jste se naučili při této laboratorní práci, rozhodněte, zda Ohio a New York budou postiženy kyselými dešti stejně? Proč ano, případně proč ne? 2. Podobná situace je i v Evropě. Látky znečišťující ovzduší z vysoce průmyslového Německa více škodí vodním organismům ve vodách Skandinávie než ve vodách v Německu. Využij výsledků tohoto experimentu a urči relativní tvrdost a měkkost vod v Německu a ve Skandinávii. Závěrečné zhodnocení:

7 Pracovní list č. Téma: Jméno a příjmení: Datum: Kyselé deště a jejich vliv na povrchové vody. Hodnocení: Školní rok: Třída: Úkol č. 1: Vliv rozpuštěného oxidu uhličitého na ph destilované vody Pomůcky: počítač, rozhraní Vernier Go!Link, ph senzor Vernier PH-BTA, brčko, kádinka 100 ml Chemikálie: destilovaná voda Postup: 1. Připoj ph senzor s rozhraním Vernier Go!Link. a) Na počítači spusť program Logger Lite. b) Senzor zapoj pomocí rozhraní Go! Link do USB portu počítače. c) V programu Logger Lite vidíš okamžitou hodnotu kyselosti roztoku. Pro lepší názornost si okno můžeš zvětšit na celou obrazovku. 2. Do kádinky o objemu 100 ml nalij 50 ml destilované vody. 3. Změř ph destilované vody. 4. Dej brčko členovi skupiny, který bude foukat do vody. 5. Klikni na tlačítko Collect - začít sbírat data - a současně jeden z členů skupiny prostřednictvím brčka začne foukat oxid uhličitý do destilované vody. Může se nadechnout zhluboka, jak je potřeba, a při vydechování se snaží udržet proud vzduchu, který vydechuje do vody, konstantní. Sběr dat ukončete po 60 sekundách.

8 6. Po ukončení sběru dat klikni na Statistics a stanov maximální a minimální hodnotu ph. Zaznamenej maximální a minimální hodnotu ph do tabulky. Vypočítej změnu ph. Maximální ph Minimální ph ph Závěr: Rozpouštěním oxidu uhličitého se ph destilované vody změnilo z na. Destilovaná voda už není neutrální, ale je. Pokusem jsme demonstrovali, jak vzniká. Úkol č. 2: Účinky kyselého deště na povrchové vody Pomůcky: počítač, rozhraní Vernier Go!Link, ph senzor Vernier PH-BTA, 3 kádinky o objemu 100 ml, skleněná tyčinka, pipeta Chemikálie: destilovaná voda, měkká voda (dešťová voda), tvrdá voda (minerální voda), 10 % kyselina sírová Postup: 1. Připoj ph senzor s rozhraním Vernier Go!Link. a) Na počítači spusť program Logger Lite. b) Senzor zapoj pomocí rozhraní Go! Link do USB portu počítače. c) V programu Logger Lite vidíš okamžitou hodnotu kyselosti roztoku. Pro lepší názornost si okno můžeš zvětšit na celou obrazovku. 2. Do kádinky o objemu 100 ml nalij 50 ml měkké vody. 3. Změř ph měkké vody. Před měřením ph senzor důkladně omyj v destilované vodě. 4. Do kádinky kápni pipetou 1 kapku 10% kyseliny sírové a důkladně promíchej skleněnou tyčinkou. Při práci s kyselinou sírovou dodržuj bezpečnostní opatření. Použij ochranné prostředky - ochranný plášť, gumové rukavice a ochranné brýle. Kyselina sírová ti může poškodit oděv a způsobit bolestivé popáleniny, jestliže přijde do kontaktu s kůží nebo očima.

9 5. Po ustálení hodnoty ph zapiš naměřený údaj do tabulky. 6. Postupně přidávej po 1 kapce další kyselinu sírovou, celkem 10 kapek. Po přidání vždy roztok důkladně promíchej a po ustálení hodnoty ph zapiš údaj do tabulky. 7. Krok 2 6 opakuj pro destilovanou a tvrdou vodu. ph vzorku vody ph po přidání 1 kapky 10% H 2 SO 4 ph po přidání 2 kapey10% H 2 SO 4 ph po přidání 3 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 4 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 5 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 6 kapky 10% H 2 SO 4 ph po přidání 7 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 8 kapek 10% H 2 SO 4 ph po přidání 9 kapek10% H 2 SO 4 ph po přidání 10 kapek 10% H 2 SO 4 ph (rozdíl ph mezi původním vzorkem a ph odečteném při posledním měření) Měkká voda Destilovaná voda Tvrdá voda Závěr: 1. Porovnej hodnoty ph. U kterého druhu vody dochází k největší změně ph?. U kterého druhu vody dochází k nejmenší změně ph?. 2. Tvrdá voda je tzv. přirozeně chráněná. Na základě tohoto experimentu vysvětli, co to znamená? 3. Mnoho živých vodních organismů může přežít jen ve vodě s úzkým rozmezím hodnot ph. Ve kterém typu vody - tvrdé nebo měkké - jsou vodní organismy více ohroženi kyselými dešti? Vysvětli..

10 Rozšiřující úkoly: 1. Typická tvrdost vody v mg/l uhličitanu vápenatého. Obrázek ukazuje výskyt tvrdé a měkké vody ve Spojených Státech. V Illinois je mnoho uhelných elektráren, které produkují oxid uhličitý. Převládající větry nesou znečišťujících látky na severovýchod, kde přispívají ke vzniku kyselých dešťů. Na základě toho, co jste se naučili při této laboratorní práci, rozhodněte, zda Ohio a New York budou postiženy kyselými dešti stejně? Proč ano, případně proč ne? 2. Podobná situace je i v Evropě. Látky znečišťující ovzduší z vysoce průmyslového Německa více škodí vodním organismům ve vodách Skandinávie než ve vodách v Německu. Využij výsledků tohoto experimentu a urči relativní tvrdost a měkkost vod v Německu a ve Skandinávii.

11 Použitá literatura: inspirováno návodem na Vědy o Zemi se systémem Vernier [online] [ cit ] Dostupné z: