Конец, который любит воду
полярныйЧто делает
Хорошо ладит с водой, как соль: остаётся на стороне воды.
Что нужно принести
Этот урок завершает модуль и посвящён проекту: два конца цикла воды — своими руками. Сначала хлор, который добавляют на станции водоподготовки; потом фосфат, который уходит в раковину у тебя дома.
Объяснение
Читать объяснение
Часть A · Хлор, которого должно быть в избытке
На станции добавляют хлор для обеззараживания. Часть его расходуется на уничтожение микроорганизмов и окисление органических веществ; то, что остаётся неизрасходованным, называется остаточным свободным хлором.
Этот избыток — не небрежность, а цель. Воде нужно пройти километры старых труб, прежде чем она попадёт к тебе домой, и по пути через повреждённый стык может проникнуть загрязнение. Свободный хлор — это охрана, которая путешествует вместе с водой.
| Если | Что происходит |
|---|---|
| Хлора слишком мало | Вода может снова загрязниться в сети. Риск для здоровья. |
| Хлора столько, сколько нужно | Обеззараживает и продолжает защищать до самого крана. |
| Хлора слишком много | Неприятный запах и вкус и больше побочных продуктов хлорирования. |
Подсказка: это вопрос дозы, а не «хлор — да или хлор — нет». Одно и то же вещество защищает или мешает в зависимости от количества.
Часть B · Учёный в прачечной
Моющее средство должно делать то, чего не может одна вода: удалять жир. А жир неполярен, поэтому вода его не растворяет.
Молекула моющего средства решает эту задачу тем, что у неё два разных конца:
Хвост, который её отталкивает
неполярныйЧто делает
Это длинная цепочка из углерода и водорода. Она убегает от воды и внедряется в жир.
Когда ты стираешь, хвосты внедряются в каплю жира, а полярные концы остаются снаружи, обращённые к воде. Капля оказывается упакованной в шарик, который вода уже может унести. Жир не растворился: его упаковали.
И есть побочный эффект, который ты уже видел на уроке 15: внедряясь между молекулами поверхности, моющее средство разрушает поверхностное натяжение. Поэтому мыльная вода лучше смачивает и проникает в ткань одежды.
Фосфат и куда он попадает
Многие моющие средства десятилетиями содержали фосфаты, которые смягчают жёсткую воду и улучшают стирку. Проблема появляется после раковины.
Фосфор — биогенный элемент: в озере его обычно не хватает, и поэтому именно он сдерживает рост водорослей. Если фосфора поступает слишком много, этот тормоз снимается.
- Фосфат попадает в озеро со сточными водами.
- Водоросли, у которых теперь еды в избытке, размножаются и покрывают поверхность.
- Этот слой закрывает свет: растения внизу не могут фотосинтезировать и гибнут.
- Бактерии разлагают всё это мёртвое вещество и при этом расходуют растворённый кислород.
- Без кислорода рыбы гибнут. Озеро становится зелёным и лишённым животной жизни.
Это эвтрофикация. Обрати внимание на иронию шага 2: проблема начинается с избытка растительной жизни, а не с яда.
Подумай, прежде чем открыть: если водоросли фотосинтезируют, а фотосинтез даёт кислород, как озеро, полное водорослей, может остаться без кислорода?
Посмотреть ответ, чтобы сравнить со своим
Нужно разделить две вещи. Во-первых, водоросли производят кислород только там, куда доходит свет, то есть у поверхности, и значительная часть этого кислорода уходит в воздух. Внизу же нет ни света, ни производства кислорода.
Во-вторых, и это важнее: водоросли отмирают, и тогда их разлагают бактерии. Этот процесс расходует очень много кислорода и идёт на дне. Итоговый баланс отрицательный: кислорода поступает меньше, чем расходуется.
Это ровно то же рассуждение о резервуарах и потоках, что и на уроке 2, применённое к кислороду озера.
Зелёная химия
Ответом стал не запрет моющих средств, а их новая разработка. Это и есть зелёная химия: думать об экологической проблеме на этапе разработки, а не устранять её потом.
- Заменить фосфаты другими веществами, которые смягчают воду, не удобряя озёра.
- Использовать биоразлагаемые молекулы, которые бактерии могут быстро разрушить.
- Уменьшить количество средства на одну стирку: концентрированные моющие средства, меньшие дозы.
Сегодня на этикетках многих моющих средств написано «без фосфатов». Эта надпись — прямое следствие того, что ты только что прочитал.
Анимация
Описание анимации
Эвтрофикация — цепочка из пяти шагов, и каждый объясняет следующий.
Сначала в воду попадает избыток биогенных элементов: фосфаты и нитраты из моющих средств, из удобрений, которые смывает дождь, и из неочищенных сточных вод.
Во-вторых, водоросли размножаются. Еды у них было мало, а теперь в избытке, поэтому они разрастаются, пока не закроют поверхность.
В-третьих, когда поверхность закрыта, свет перестаёт доходить до дна. Растения, живущие внизу, остаются без света и гибнут.
В-четвёртых, бактерии разлагают всё это мёртвое вещество. А чтобы его разложить, они расходуют кислород во всём объёме воды.
В-пятых, в воде не остаётся растворённого кислорода. Рыбы гибнут, и остаётся мутная безжизненная вода.
Здесь возникает вопрос, который звучит странно: если водоросли производят кислород, почему озеро в итоге остаётся без кислорода? Ответ из двух частей. Водоросли производят кислород только наверху, куда доходит свет, и значительная часть этого кислорода уходит в воздух. А их разложение расходует кислород во всём объёме, включая дно. Это баланс притоков и оттоков, как на уроке 2.
И главный вывод такой: никто не бросал в озеро яд. Туда сбросили биогенные элементы, которые в принципе являются пищей. Вред причинило не токсичное вещество, а избыток, и поэтому моющее средство без фосфатов действительно что-то меняет.
Источники анимации: EPA, Nutrient Pollution: The Problem — цепочка эвтрофикации и происхождение биогенных элементов. Схема, не в реальном масштабе.
Листы для скачивания (на испанском)
Как работает моющее средство
Эвтрофикация шаг за шагом
Задания
Опыт 1 · Измерить свободный хлор
С помощью тест-полосок на свободный хлор, в группах.
- Возьми пробы как минимум из трёх разных мест: из крана в лаборатории, из крана в туалете и воду, которая со вчерашнего дня стояла в открытой ёмкости.
- Измерь свободный хлор в каждой пробе одной и той же полоской с одинаковым временем ожидания и составь таблицу значений.
- Проба, стоявшая открытой со вчерашнего дня, обычно показывает меньше. Предложи объяснение, почему хлор уходит.
- Напиши вывод: зачем нужен избыток хлора и почему не стоит, чтобы его было слишком много?
Опыт 2 · Моющее средство разрушает поверхность
- Посыпь перцем тарелку с водой: он остаётся плавать на поверхности.
- Обмакни кончик зубочистки в моющее средство и коснись центра воды. Запиши, что происходит и за какое время.
- Объясни увиденное с помощью поверхностного натяжения и двух концов молекулы моющего средства.
Опыт 3 · Масло, вода и моющее средство
- В банку с крышкой налей воду и немного масла. Сильно встряхни и дай отстояться. Запиши, сколько времени нужно, чтобы они снова разделились.
- Добавь несколько капель моющего средства, встряхни так же и снова дай отстояться. Запиши разницу.
- Объясни, почему результат изменился, нарисовав, как располагаются молекулы моющего средства вокруг капли масла.
4. Кто виноват в зелёном озере?
Напиши ответ, разделённый на три части.
Самопроверка
Восемь вопросов. Когда выбираешь вариант, появляется объяснение — и при верном, и при неверном ответе: прочитай его, даже если ответил правильно.
Загрузка вопросов…