Реферат: Моделирование экологических проблем и способов их решений на уроках химии
Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной:
Аэрозоли серной и сернистой кислот конденсируются в водяном паре атмосферы и становятся причиной кислотных осадков. Они составляют около 2/3 кислотных осадков. Остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы:
Методика проведения данной части урока может быть различной: объяснение и составление уравнений учителем, дописывание правых или левых частей уравнений учащимися или самостоятельное написание уравнений превращений кислотных оксидов в атмосфере.
Работа со схемой 1 выражается сначала появлением (на статической ее части) облака с уравнениями реакций, а затем – облака с формулой иона водорода. В схему вносят и различные виды осадков: дождевые капли или снежинки, на которых написан ион водорода (Н+ ). Это показывает, что в атмосфере произошли химические превращения, которые привели к выпадению кислотных осадков.
Далее логично рассмотреть изменения в окружающей среде, которые происходят под действием кислотных осадков. Начать это объяснение можно с любой среды обитания.
Средним значением показателя кислотности большинства почвенных вод, питающих реки и грунтовые воды, является рН около 8 [3]. Например, концентрация водородных ионов в озере Байкал соответствует пределам 7,0–8,5. В летнее время щелочность байкальской воды несколько увеличивается и рН возрастает до 8,0–8,5. Зимой рН близок к 7,0. С глубиной рН снижается, вода приобретает слабокислый характер [4].
Для создания более конкретных представлений о влиянии рН водоемов на жизнедеятельность гидробионтов (обитатели пресноводных водоемов) может быть использована схема 2 «Реакция гидробионтов на понижение значений рН в пресноводных водоемах» [5]. На этой схеме изображены различные обитатели водоемов: ракообразные, улитки, разнообразные виды рыб (лосось, форель, окунь, щука, угорь и др.), водные насекомые, фито- и зоопланктон – и их реакция на изменения рН воды в диапазоне от 7,5 до 3,5.
Пользуясь схемой 2, учащиеся самостоятельно смогут рассказать об изменениях, происходящих в водной среде при попадании в нее ионов водорода, и их влиянии на рН воды. Для этого изготавливаются карточки с различными значениями водородного показателя (рН = 6,5; рН = 6,0; рН = 5,6; рН = 5,0; рН = 3,5) для водной среды (см. схему 1, динамическая часть).
Схема 2
Реакция гидробионтов на понижение значений рН
в пресноводных водоемах
По мере понижения значения рН со схемы 1 снимают изображения организмов, гибнущих при подкислении воды. При рН = 6,0 исчезает изображение моллюсков, их считают хорошими индикаторами загрязнения. Моллюски ведут донный образ жизни, причем прикрепляются к определенным участкам дна. Если этот участок подвержен воздействию загрязняющих веществ (например, тяжелых металлов), то этот загрязнитель попадает и в организм моллюсков. В Красную книгу РСФСР были занесены 15 видов моллюсков, относящихся к родам жемчужница и перловица [6]. Затем при рН = 5,6 с изображения водоема снимают одну рыбу, фито- и зоопланктон и одну водоросль. При достижении рН = 5,0 с изображения водоема убирают вторую рыбу и водоросли. При рН = 3,5 все нормальные формы жизни в водоеме исчезают и развиваются патогенные организмы (белый мох). На водоем наносится карточка с изображением белого мха.
Губительное действие закисления водоемов на различные виды рыб начинается с рН ~ 6,0, при котором погибают форель, лосось, плотва, поэтому с динамической схемы 1 можно снять изображение одной из рыб. Окунь, щука, сиг, хариус, угорь более устойчивы к кислотному воздействию, и их изображение удаляется со схемы при рН ~ 5,0.
В Красную книгу занесены следующие виды рыб: байкальский осетр, волховский сиг, байкальский белый хариус, обыкновенный подкаменщик [см. 6].
Необходимо отметить, что на гибель рыб влияет не только закисление водоема, но и ионы тяжелых металлов (Рb2+ , Нg2+ , Сd2+ ) и алюминия, которые появляются в водоеме из нерастворимых соединений. Символы этих ионов наносят на изображения водоема (см. схему 1) при рН = 5,0, снимая изображение второй рыбы. Чрезвычайно токсично действуют на рыб (особенно их икру и мальков) ионы алюминия, содержание которых быстро нарастает в водоемах за счет взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с кислотой:
Почва – это особое природное образование, формирование и функционирование которого невозможно без микроорганизмов, жизнедеятельность последних зависима от рН среды. Основным органическим веществом почвы, содержащим питательные вещества, необходимые высшим растениям, является гумус – смесь гумусовых кислот (гуминовых и фульвокислот), гумина и ульмина. Он образуется в результате разложения бактериями-сапрофитами остатков растений и животных.
Чтобы сделать доступным для питания растений основные запасы азота в гумусе, необходимо разложить органическое вещество почвы. Процесс превращения органического азота почвы в
– аммонификация – осуществляется гетеротрофными микроорганизмами1 .
Биологическое окисление 
до 
называется нитрификацией и происходит в природе при участии автотрофных бактерий2 .
К биологической азотфиксации – процессу восстановления молекулярного азота до аммиака при помощи фермента нитрогеназы – способны как свободно живущие микроорганизмы, так и симбиотические клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых и некоторых других растений.
Для демонстрации негативного воздействия кислотных осадков на микроорганизмы почвы на статическую часть схемы 1 наносят дождевые капли с ионами Н+ около обозначений групп бактерий с надписями «Бактерии-сапрофиты» и «Азотфиксирующие бактерии». Последние прикрепляют оборотными сторонами, на которых соответственно написано: «Накопление неразложившегося органического вещества» и «Обеднение почвы азотом».
Необходимо рассмотреть влияние кислотных осадков на различные породы деревьев. Для этого на схеме 1 изображено хвойное дерево, т. к. именно эти деревья наиболее подвержены влиянию кислотных осадков [см. 1]. При этом происходит усыхание и опадение хвои, что может привести к гибели растения, что и показано заменой здорового дерева на больное.
Кислотные осадки оказывают непосредственное и косвенное влияние на сокращение численности популяций птиц.
Для подробного рассмотрения этого аспекта воздействия кислотообразующих выбросов на биосферу, обратимся к схеме 3 «Воздействие кислотных осадков на численность популяций птиц».
Схема 3
Воздействие кислотных осадков
на численность популяций птиц
Здесь изображены три вида птиц: сизоворонка, белая куропатка и скопа, которые занесены в Красные книги России и Подмосковья.
Непосредственное воздействие кислотных осадков на численность популяций птиц заключается в разрушении ими яичной скорлупы в кладках, приводящее к гибели птенцовых эмбрионов. Наиболее подвержены этому неблагоприятному фактору среды виды птиц, открыто гнездящихся на поверхности земли. К таковым относятся сизоворонка и белая куропатка [7]. Яичная скорлупа в основном состоит из карбоната кальция (91,6–95,7%) [8], который легко разрушается при подкислении среды:
Написанное на схеме 3 уравнение предварительно можно закрыть плотным листом бумаги и попросить ребят самостоятельно его составить. При проверке лист бумаги снимается.
Необходимо сказать и об опосредованном влиянии кислотных осадков на жизнедеятельность птиц. Оно происходит через цепи питания птиц с узкой пищевой специализацией, например питающихся свежей рыбой. Типичными представителями этих видов являются птицы, занесенные в Красную книгу РСФСР: белоклювая гагара, розовый пеликан, кудрявый пеликан, хохлатый баклан, малый баклан, колпица, каравайка, скопа, орлан-белохвост, стерх, черноголовый хохотун, рыбный филин [см. 6]. На схеме 3 изображена птица скопа, рядом с которой – рыба, перевернутая брюхом вверх, что обозначает уменьшение пищевых ресурсов; изображение другой рыбы с ионами тяжелых металлов (Нg2+ , Рb2+ , Сd2+ ) показывает отравление птицы через цепь питания.
Большим преимуществом динамической схемы 1 является возможность действовать в обратном порядке.