Удивительные свойства воды и соли

Муниципальное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 40

Дзержинского района г.Волгограда

Телефон: 58-19-90

Адрес электронной почты: shool40-dva@yandex.ru

Районный конкурс исследовательских работ

для обучающихся начальных классов

общеобразовательных учреждений

Удивительные свойства воды и соли

Волгоград, 2014.

Содержание

I. Введение

На уроках окружающего мира мы узнали, что вода может быть в трёх агрегатных состояниях: твёрдое (лёд, снег), жидкое (в водоёмах, а также в виде тумана, облаков, росы) и газообразное (водяной пар, который содержится в атмосфере). Нами были проведены ряд опытов, из которых мы узнали, что в воде есть воздух, вода может переходить из одного состояния в другое, что вода является растворителем. Нас очень заинтересовали опыты, которые предложила провести нам учитель. С помощью родителей нами были проведены некоторые. Свои наблюдения и выводы мы представили в этой работе.

Цель исследования – изучение некоторых свойств воды и соли.

Тема исследования: «Удивительные свойства воды и соли».

Актуальность исследования состоит в умении увидеть интересное и необычное рядом и не требует особых затрат и усилий, однако используется в повседневной жизни живой природы и человеком.

Задачи исследования: провести ряд опытов с водой и солью, проанализировать итоги опытов, изучить литературу с целью уточнения использования свойств воды и соли в живой природе и человеком.

Гипотезой нашего исследования стало предположение, что свойства воды и соли используются в животном мире и человеком.

II. Основная часть

Глава 1. Теоретическая часть

На уроках окружающего мира мы узнали, что концентрированный раствор соли может поднимать любые предметы на поверхность воды, а изменяя концентрацию воды, можно заставить предметы «танцевать» в воде. Нас очень удивило, что человек не может нырнуть в воду из - за того, что она его выталкивает на поверхность и утонуть в такой воде невозможно. Изучив специальную литературу, мы узнали много интересного о Мертвом море, озере Эльтон и заливе Кара - Богаз - Гол.

Мёртвое море

Вдоль границы Израиля и Иордании простирается одно из самых интересных мест в мире – Мёртвое море. Его далеко не песчаные берега привлекают огромное количество туристов со всего света. Любознательным людям интересно вживую увидеть это удивительное творение природа, а также окунуться в воды этого моря, в которых невозможно утонуть.

Огромный интерес вызывает и его название. И не все знают, почему оно известно под таким зловещим именем. Мёртвое море, как известно, является самым солёным на нашей планете. Именно благодаря этому минеральному веществу вы можете спокойно улечься на тихую водную гладь и читать своё любимый журнал не опасаясь утонуть. Концентрация соли в Мёртвом море поражает – более 270 граммов соли на один литр воды. Это очень много, учитывая, что во всех остальных солёных водоёмах эта цифра редко превышает отметки в 35 граммов. Такое огромное количество хлора значительно повышает плотность воды, а дальше в работу вступают законы физики – человека выталкивает из воды, словно винную пробку. В этом же минерале и кроется причина жутковатого названия моря. Не удивительно, что в такой солёной воде выживают только редкие виды микроорганизмов. Рыбы, моллюски и водоросли не могут вынести такого количества соли. Попадая в море, рыбы даже не успевают почувствовать боль – они мгновенно умирают, а их изрядно покрытые солью тело выносит на берег. Теперь понятно, что это море является просто убийцей всего живого. Кстати, на еврейском языке оно называется «Yam ha Maved», что буквально означает «Море – убийца». Хотя есть у Мёртвого моря менее и менее страшные названия – Солёное (ещё бы…), Море Лота, Восточное, Арава и даже Асфальтовое.

Откуда же у этого моря такая зловещая сила? Проще говоря – откуда там столько соли? Как и с названием, дело обстоит очень просто. Так получилось, что Мёртвое море представляет собой ловушку для всех впадающих в неё рек и ручьёв – вода никак не может покинуть пределы водоёма. Единственный выход – испарение. Однако соль не испаряется, она остается в море. Таким образом, за многое века в этом месте скопилось огромное количество этого вещества.

Озеро Эльтон

Озеро Эльтон – один из самых интересных природных объектов на территории Волгоградской области. Это настоящее чудо природы, жемчужина приволжской степи - крупнейшее в Европе соленое озеро, раскинувшееся среди ровной степной местности на площади 152 кв. км. Среди опустыненной заволжской степи - огромная чаша озера Эльтон с водой золотисто-розового оттенка окаймлена широкой полосой сверкающих на солнце белоснежных кристаллов соли. Трудно найти место, которое могло бы сравниться с Эльтоном по красоте и разнообразию ландшафтов: озерные мелководья, пляжи, солончаки, живописные дельты впадающих рек, балки, овраги, долины.

Название озера Эльтон произошло от казахского «Алтын-Нур», что означает «Золотое озеро» из-за пурпурово-красного цвета его воды (рапы), отливающего в золотой, что случается временно, обыкновенно после полудня, когда солнце склоняется к западу.

В озеро Эльтон впадают несколько пресных ключей и речек с горько-соленой водой. Жаркое солнце выпаривает воду, оставляя солёный осадок – рапу. Кроме поваренной соли рапа заключает в себя другие горькие соли. Эльтонское озеро представляется самым большим и богатым из всех известных в мире соляных озер. Толщина пласта соли и сегодня ещё точно не определена. Исследованиями, произведенными при постройке Астраханской железной дороги, установлено, что глубина залегания соли становится все больше по мере удаления от берега к середине озера Эльтон, где она, во всяком случае, достигает нескольких десятков сажен.

Вдоль берега лежит глубокий пласт соленой грязи, отличающейся высокими целебными свойствами. На дне Эльтона – залежи солей и сероводородной грязи, которые используются для лечения нервной и опорно-двигательной систем. Лечебными ресурсами являются: иловая минеральная грязь озера Эльтон, рапа, минеральные воды очень редкого хлоридно-натриево-магниевого типа, оказывающие омолаживающее действие, стимулирующие кровообращение, ускоряющие обновление кожи, улучшающие обмен веществ и укрепляющие нервную систему. Иловая минеральная грязь и рапа озера Эльтон по своим лечебным свойствам не уступают грязям Мертвого моря. Ещё древние кочевники знали про лечебные свойства эльтонской грязи. Традиционное тогдашнее лечение выглядело так: в прибрежных пластах почвы выкапывалось углубление, куда помещался больной, тело которого покрывали грязью. Через час его обмывали в рапе озера Эльтон. Несколько подобных процедур, и недуги отступали. Славу по миру о чудодейственном озере разнесли перевозчики соли со здешних приисков.

Кара-Богаз-гол

Кара-Богаз-гол – в переводе с туркменского «Чёрная пасть». Его площадь и глубины количество кос  и островов, течения, соленость и температура воды непрерывно изменяются в связи с колебаниями уровня Каспия. Он соединён с морем очень узким проливом, почти незаметным на карте, по которому беспрерывно с большой скоростью текут воды из моря. Воды Кара-Богаз-гола никогда не попадают в Каспий, каспийские же воды стекают в залив в огромном количестве, так, до 1929г. через пролив проходило за год 26 куб. километров. Это примерно столько же, сколько дают Каспию в год Кура и Терек, вместе взятые.

Человеку, даже не умеющему плавать, невозможно утонуть в солёной и поэтому очень плотной воде залива. Очень неприятно, если этот рассол попадает на слизистую оболочку тела. Рыбы, проникая в залив моря, погибают. Из органического мира здесь имеются лишь бактерии и несколько видов водорослей.

55 лет назад, когда воды ещё не были такими солёными, как в настоящее время, Шпиндлер^[1] наблюдал красные полосы пены и заметил, что такая окраска вызвана значительными скоплениями «икры местных рачков». Эти полосы привлекали большие стаи фламинго, питавшихся этой «икрой». С возрастанием солености воды исчезли рачки, а за ними и фламинго.

В прошлом Кара-Богаз-гол представлял собой огромный залив, свободно сообщающийся с Каспием. Благодаря широкому входу в залив не было различий в гидрологическом режиме залива и моря, поскольку их воды свободно перемешивались. Температура, солёность и прозрачность воды были и в заливе, и в море одинаковы.

Затем началось значительное понижение уровня Каспия. Это произошло в результате изменения климата в сторону сухости и уменьшения стока рек, впадающих в Каспий. Прибойные волны и морские течения создали у южного и северного мысов залива подводные песчаные гряды, которые вырастали в косы, вытянутые навстречу друг другу.

Все новые участки морского дна, ранее недоступные (из-за большой глубины) для волнения и течений, превращались в подвижные наносы, которые вовлекались морем в работу по строительству преграды между ним и заливом. Проход в залив всё более и более суживался. Так постепенно образовался песчаный перешеек, почти отделивший залив от моря. По узкому мелководному проливу в залив не могло попасть столько воды, сколько требовалось для компенсации на испарение. В связи с этим уровень воды в заливе становился все ниже по сравнению с морем (в настоящее время больше чем на 2 метра).

Таким образом, двусторонний обмен вод между заливом и морем оказался невозможным, и залив превратился в лагуну, постепенно приобретая новые гидрологические свойства. Одновременно увеличилась солёность залива. Возник большой температурный контраст, что явилось следствием мелководности залива, а также хорошей его прогреваемости.

В море происходит непрерывное перемешивание тёплого поверхностного слоя воды со значительно более холодными глубинными водами, имеющими в любое время года температуру всего около 6°.

Если уровень Каспия упадёт ещё на несколько метров, то произойдет самоотделение залива Кара-Богаз-гол и он высохнет. Для водного баланса Каспия это отчленение залива вреда не принесёт, а, наоборот, море в год дополнительно получит несколько кубических километров воды.

Однако полное самоотделение залива от моря может произойти ещё не скоро, если даже предположить дальнейшее падение уровня Каспия. Построив в проливе искусственную плотину, можно ускорить этот процесс. Сразу увеличатся водные запасы моря  на 10-15 куб. км, уменьшится скорость падения уровня Каспийского моря.

Солевые богатства при этом практически не изменятся. Тех солей, которые останутся в озере Кара-Богаз-гол надолго хватит для химической промышленности нашей страны, для стекольной, кожевенной, текстильной и других отраслей.

Глава 2. Экспериментальная часть

Капиллярность

Оказывается, вода может подниматься вверх. Например, вода в очень тоненьких трубочках сама поднимается вверх. Это явление называется капиллярностью (от латинского слова капилляр – волосок). Чем тоньше капилляр (тонкая трубочка, тонкий сосуд), тем выше поднимается вода. Вода может подняться вверх по салфетке или верёвке. Там она находит в  волокнистой структуре путь (капилляр) для движения вверх. Мы убедились в этом сами, проведя опыты с веревкой, салфеткой и водой. В стакан с подкрашенной водой мы опустили веревочку. Вода тут же начала подниматься по ней вверх, окрашивая веревочку в синий цвет. Опустив бумажную салфетку в стакан с водой, мы увидели, как вода тоже начала быстро подниматься по ней вверх. Если набирать в шприц воду, то можно увидеть, что вода тоже поднимается вверх.

Вот ещё примеры, когда вода поднимается вверх: струя воды в фонтане бьёт вверх; вода может подниматься по водопроводным трубам на самый высокий этаж дома; вода поднимается по капиллярам дерева (или любого растения) и питает его от корней до самых верхних листочков на макушке; горячие воды гейзера, вырывающиеся наружу из-под земли, бьют на высоту до 90 метров.

«Кожа» воды

На поверхности воды могут удержаться такие предметы, которые обычно тонут. Например, стальная скрепка или иголка. В тарелку с водой мы аккуратно опустили при помощи вилки иголку и обычную канцелярскую скрепку. Видно, что под скрепкой и иглой вода даже прогнулась. Это как раз «кожа» воды удерживает их на себе. Частицы (молекулы) воды притягиваются друг к другу и удерживаются вместе. На них действует сила взаимного притяжения. Но на молекулы верхнего слоя (на поверхность воды), силы притяжения действуют только снизу. Этот верхний слой молекул и есть «кожа», которая как плёнка, испытывает натяжение и может выдержать давление. Этот эффект называют поверхностным натяжением. Следующий опыт, который представлен в литературе, тоже доказывает, что у воды есть «кожа». Из шприца в тарелку с обычной водой с высоты 30 см капнули синюю краску. Этот процесс был снят на камеру, в режиме скоростной съёмки. На фото видно как капля краски падает на поверхность воды, вода прогибается под её давлением, словно упругая плёнка, и отталкивает каплю синей краски. Капля краски взлетает от поверхности воды, но потом опускается обратно в воду и растворяется в ней.

Еще доказательством существования «кожи» у воды могут быть многие живые существа, которые передвигаются по её поверхности. Например, жук водомерка скользит и прыгает по воде, отталкивается лапками от неё. Улитка прудовик подвешивается снизу к плёнке воды, скользит по её поверхности, оставляя полоску слизи. Личинки комара тоже прикрепляются снизу к «коже» воды и дышат воздухом. Двигающиеся таким образом животные пользуются поверхностным натяжением жидкости.

Вода – растворитель

Следующий опыт доказывает, что вода не только хороший растворитель, но и может изменять свой состав. Для опыта нам понадобились: вода, 2 банки объемом 700мл, 2 сырых яйца, соль, фотоаппарат.

Что сделано: в обе банки налита вода (чуть больше половины банки). В одну банку с водой добавили соли столько, сколько могло раствориться. Размешали. Получился концентрированный раствор. В первую банку с водой опустили сырое яйцо. Второе сырое яйцо опустила в банку с концентрированным солевым раствором.

Что наблюдали. Когда мы опустили сырое яйцо в банку с пресной водой, оно сразу опустилось на дно и не всплывало. В банке с концентрированным солевым раствором сырое яйцо плавает на поверхности. Его как бы выталкивает из раствора, и небольшая часть яйца выглядывает из воды. Яйцо не тонет даже спустя время.

Наши выводы: в солёной воде яйцо плавает на поверхности, в отличие от яйца в пресной воде, которое сразу опустилось на дно банки. Выходит, что яйцо легче, чем концентрированный раствор соли. Раствор «выталкивает» яйцо, поэтому оно всплывает. Но этого не происходит в пресной воде, значит раствор соли тяжелее пресной воды. Для того чтобы заставить яйцо танцевать (нырять и выныривать), нужно провести следующий опыт. Для этого понадобятся: сырое яйцо, одна банка объемом 3л, концентрированный раствор соли, пресная вода.

Для начала мы налили в банку концентрированный раствор соли и опустили туда сырое яйцо. Яйцо плавает над поверхностью воды. Теперь берем пресную воду и потихоньку подливаем её в банку с раствором. И видим, что яйцо немного опустилось, проделывая в воде причудливые движения. Оно как бы покачивалось в воде. Добавляем в банку ещё немного пресной воды. Яйцо опускается ещё ниже, но до дна банки не доходит. И снова оно качается в толще воды, словно на волнах. Наливаем ещё пресную воду, и яйцо ложится на дно банки и больше не всплывает. Так, подливая в концентрированный раствор соли пресную воду, мы наблюдаем, что сырое яйцо может «танцевать», проделывая свой путь с поверхности воды, погружаясь постепенно, до самого дна банки. Если в банку добавлять снова концентрированный раствор соли, то сырое яйцо снова будет «выныривать».

Сад из кристаллов

Из концентрированного раствора соли нам удалось вырастить сад из кристаллов. Что понадобились: 2 столовые ложки соли, 6 столовых ложек воды, 2 столовые ложки аммиака (нашатырного спирта), ёмкость из фольги (мы взяли 2 чашки и обтянули их фольгой), чашка для смешивания раствора, несколько капель краски (мы использовали красную гуашь и зелёнку), по 3 кусочка древесного угля и кирпича, резиновые перчатки, фотоаппарат.

Что сделали. Приготовили рабочую поверхность, надели перчатки. Приготовили раствор: в чашку насыпали соль, добавили воду (теплую). Размешивали, пока соль не растворилась (примерно 20 мин.) Добавили в солевой раствор нашатырный спирт, тщательно перемешали. В одну ѐмкость из фольги уложили кусочки угля, а в другую - кирпича. На кусочки угля капнули красную гуашь, а на кусочки кирпича зелёнку. Залили солевым раствором уголь и кусочки кирпича, но не полностью. Поставили ёмкость на подоконник на 7 дней. В 1 день раствор соли стал мутным, окрасился в цвет красок, которые мы капали на кусочки угля и кирпича. Уголь и кусочки кирпича у кромки воды по бокам начали покрываться маленькими кристалликами. Во 2 день на поверхности угля и кусочков кирпича появляются кристаллы с оттенками красок, которыми были политы кусочки. Поверхность фольги тоже покрывается кристаллами соли. Кристаллики увеличились в размерах. Видно, что они имеют форму куба. Наблюдали с помощью лупы. На 3 день появились «шапочки» кристаллов на кусочках угля и кирпича, но ещё не полностью их покрывают. Вода испаряется, раствора становится меньше. На 5 день «шапочки» кристаллов на кусочках угля и кирпича стали больше. Они почти полностью покрыты кристаллами. Раствора соли стало ещё меньше. Кристаллы продолжают занимать большую часть поверхности. В некоторых местах их видно по отдельности, но больше всего по краям, они между собой слипаются и образуют сплошную массу. На 6 день - кристаллы отличаются размерами, есть маленькие, а есть очень крупные. Их появляется всё больше. Воды становится меньше. На 7 день раствора соли почти уже нет. Кусочки угля и кирпича покрыты кристаллами бирюзового цвета там, где мы капали зелёнку и красного цвета там, где была красная краска. На 8 день вода полностью испарилась. Все кусочки угля и кирпича покрылись кристаллами соли. Кристаллы имеют оттенки бирюзового и красного цветов.

Вывод: вода полностью испарилась. От солевого раствора осталась только сама соль, которая имеет форму кубиков. Кристаллами полностью покрылась вся поверхность кусочков угля и кирпича, где-то больше, а где-то меньше. Кристаллы приобрели оттенок красной краски и зелёнки, потому что ими были подкрашены кусочки угля и кирпича. Краска попала в солевой раствор, а когда вся вода испарилась, она осталась и вместе солью кристаллизировалась на поверхности кусочков угля и кирпича. Кристаллы росли каждый день, некоторые выросли крупных размеров, а другие остались небольшими. Кристаллики получились разных размеров, но почти у всех можно разглядеть их кубическую форму. Мы научилась выращивать кристаллы из раствора поваренной соли методом высаливания с помощью нашатырного спирта. Мы наблюдала, как растут кристаллы: чем больше проходит времени, тем они становятся больше. Мы прочитала, что можно получить кристаллы из поваренной соли и другими способами. Величина кристаллов зависит от того, быстро или медленно охлаждается раствор соли. При растворении поваренной соли в воде кажется, что соль полностью исчезает. Но это не так. Частички соли распадаются на мельчайшие кусочки, невидимые глазу. Но при определенных условиях они могут собраться вместе и снова стать видимыми. Да не просто видимыми, а создать причудливые структуры. Когда мы делаем перенасыщенный солевой раствор, растворяя в банке с водой соли больше, чем она может «принять», то излишки соли тут же начинают снова собираться в кристаллы. Очагом роста кристаллов может послужить любое тело в воде: пылинка, не растворившийся кристаллик той же соли или нитка.

Кристаллы и снежинки

Наблюдая зимой за снежинками, мы знаем, что они также имеют грани. Мы заинтересовались, что общего между кристаллами, которые у нас получились, и снежинками (сосульками)? Благодаря изучению дополнительной литературы и наблюдениям найден ответ. Кристаллы имеют определённую форму и определённое количество граней. Потому что в кристаллах атомы вещества располагаются в определённом порядке, образуя геометрическую форму. Любая снежинка имеет 6 лучиков. Вода при кристаллизации может образовать только трёх- или шестиугольную фигуры. А кристалл соли имеет всегда кубическую форму. Кристаллы растут. Например, снежинка может вырасти до 3см в диаметре. Но чем ниже температура, тем меньше снежинка. Сосулька тоже растёт. Она растёт при послойном намерзании стекающей воды. Кристаллы соли растут при испарении воды из концентрированного солевого раствора. Нет абсолютно одинаковых кристаллов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковое количество граней, одинаковую форму, но могут отличаться размерами, весом. Кристаллы соли и замерзшей воды (снежинка, сосулька) имеют белый цвет. Эти кристаллы приобретают цвет того вещества, который находится в воде, воздухе при кристаллизации. Снежинка может иметь не только белый цвет, но и любой другой цвет, например красный, синий, зелёный, оранжевый и даже чёрный. Причина этому - содержание в воздухе других веществ, в которые могла выкраситься снежинка (пыльца, водоросли, бактерии, живущие между кристаллами). Сосулька приобретёт тот цвет, каким цветом был окрашен снег или вода, из которой намерзла сосулька. Так же кристаллы соли тоже будут иметь оттенок того цвета, каким был подкрашен солевой раствор. Изучив дополнительную литературу, мы поняли, что общим между кристаллами, сосульками и снежинками является взаимное притяжение молекул: пылинки, нитки, водосточный желоб – любое тело. Поэтому когда мы опускаем в солевой раствор какое-либо тело, на нем тут же начинают расти кристаллы соли.

III. Заключительная часть

Выводы

Нам очень понравилось участвовать в исследовании, из опытов, которые мы провели, мы узнали для много интересного и нового. Получили ответы на вопросы, над которыми уже давно думали. Мы узнали, мы узнали, что вода может сама по себе течь не только вниз, но и подниматься и вверх.

У воды есть «кожа». Узнали, что концентрированный раствор соли может поднимать любые предметы на поверхность воды, а изменяя концентрацию воды, можно заставить предметы «танцевать» в воде. Еще мы прочитали много интересного о Мертвом море, озере Эльтон и заливе Кара - Богаз - Гол. Это очень забавно, когда человек не может нырнуть в воду из - за того, что она его выталкивает на поверхность и утонуть в такой воде невозможно.

Мы научились выращивать кристаллы. Это очень увлекательное занятие. Первые дни мы даже на уроках в школе думали только о том, как там растут наши кристаллы, и что мы увидим, когда придем домой.

Когда стали появляться первые кристаллы-снежинки – это было удивительно и нас радовало то, что мы сами вырастил их. Нам нравилось наблюдать за изменениями, которые происходили во время проведения исследования. Каждый день мы замечали что - то новое и записывали свои наблюдения как настоящие исследователи, а родители помогали нам фотографировать все этапы исследования. Мы очень увлеклись выращиванием кристаллов, и теперь выращиваем кристаллы из раствора медного купороса, но эти кристаллы будут расти очень долго и нам интересно увидеть какими они будут.

Поняли, что общим между кристаллами, сосульками и снежинками является взаимное притяжение молекул: пылинки, нитки, водосточный желоб – любое тело. Поэтому когда мы опускаем в солевой раствор какое-либо тело, на нем тут же начинают расти кристаллы соли. Нами сделан вывод, что знания свойств воды помогают людям использовать их в жизни.

Мы думаем, что этот конкурс был одним из самых интересных и увлекательных и мы рады, что нам удалось участвовать в нем.

Итогом нашей работы являются новые знания, которые мы получили на уроках в школе, из дополнительной литературы, по итогам опытов.

Литература

1. Джейн Эллиот, Колинг Кинг. Детская энциклопедия – ЗАО «Росмэн-Пресс», 2005.
2. Плешаков А.А. Окружающий мир. 3 класс. Учеб. для общеобразоват. учреждений с прил. на электр. носителе. В 2 ч. – М.: Просвещение, 2013
3. Рик Моррис. Тайны живой природы. – М.: «РОСМЭН», 1997.
4. Светлана Лаврова. Занимательная физика. Научно-популярное издание. Серия «Моя первая книга». – «Белый город», 2013.
5. Хочу всё знать!: Большая иллюстрированная энциклопедия интеллекта. – М.: Эксмо, 2007.
6. Хочу всё знать. Научно-художественный сборник. – Ленинград, «Детская литература», 1989.
7. Шлямин Б.А. Каспийское море. 1954.
8. http://slovari.yandex.ru/Шпиндлер/БСЭ/Шпиндлер 
9. http://vetert.ru/rossiya/volgogradskaya-oblast/sights/14-elton.php 

Приложение 1

«Танцующее» яйцо

Приложение 2.

Растим кристаллы