Ερευνητική Εργασία Κριτήρια Επιλογής Θεμάτων: Ενδιαφέρον Γνώση Ομαδική Ενημέρωση Πληροφόρηση Τίτλος Έρευνας: Μια σταγόνα κύλησε. Εσύ γνωρίζεις (Χημεία του νερού); Παρουσίαση του προβλήματος: Η σύνδεση του νερού με τη χημεία είναι άμεση. Χαρακτηριστικά παραδείγματα που φαίνεται αυτό είναι: οι υδρατμοί ο πάγος η υγρασία το πόσιμο νερό η ζωή οι τροφές, τα υποκατάστατά της κ.ά. Με λίγα λόγια, η χημεία υπάρχει παντού! Είναι πηγή ζωής, είναι η δροσιά της κάθε σταγόνας νερού που προσλαμβάνει καθημερινά ο ανθρώπινος οργανισμός...τη χημεία τη βρίσκουμε τόσο μέσα σε κάθε τροφή όσο και στα υποκατάστατά της. Μας προσφέρει πολύτιμες βιταμίνες, μέταλλα και ιχνοστοιχεία μέσω των χημικών της ενώσεων, εμπλουτίζει τις γνώσεις μας καθώς και τις εκπαιδευτικές μας αναζητήσεις! Ιστορική Αναδρομή: Το λεγόμενο νερό, στην ελληνική δημοτική γλώσσα, ή ύδωρ (το) στην καθαρεύουσα (το ύδωρ, του ύδατος - δασείτονη λέξη), ή οξιδάνιο κατά χημική ονοματολογία είναι η περισσότερο διαδεδομένη χημική ένωση στην επιφάνεια της Γης, καλύπτοντας το 70,9% του πλανήτη. To δημώδες όνομα νερό προέρχεται από τη βυζαντινή φράση νεαρόν ύδωρ το οποίο σήμαινε τρεχούμενο ύδωρ (που μόλις βγήκε από την πηγή), η οποία με τη σειρά της προέρχεται από την αρχαία ελληνική (και την καθαρεύουσα) φράση νήρον ύδωρ για το νερό. Από την αρχαία ονομασία ύδωρ έχουν προκύψει όλοι οι σχετικοί επιστημονικοί 1
όροι, μεταξύ των οποίων και χημικοί, που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα, όπως ένυδρο άλας, υδρογόνο (αυτό που γεννάει νερό), ενυδάτωση, αφυδάτωση και υδρόλυση, υδάτινος, υδατοκαλλιέργεια, υδατογραφία, υδατοκομία, υδατοσφαίριση, υδρατμός, υδραυλική, κ.λπ. Το νερό απαντάται και στις τρεις κοινές καταστάσεις της ύλης στη Γη: στερεή (πάγος, χιόνι), υγρή (νερό πηγών, ποταμών, θαλασσών) και αέρια (υδρατμοί στην ατμόσφαιρα), ενώ συνήθως με μορφή πάγου υπάρχει και σε άλλους πλανήτες (και δορυφόρους) του ηλιακού συστήματος, αλλά και έξω από αυτό. Είναι απαραίτητο σε όλες τις γνωστές μορφές ζωής στον πλανήτη μας. Οι άνθρωποι και τα ζώα έχουν στο σώμα τους 55-78% νερό (κατά βάρος), ενώ φθάνει μέχρι και το 90% εκείνου των κυττάρων. Πιο συγκεκριμένα, το 96,5% του νερού της Γης βρίσκεται στους ωκεανούς (και τις θάλασσες), 1,7% στα υπόλοιπα επιφανειακά νερά (λίμνες, ποτάμια, έλη, κ.τ.λ.), 1,7% στα παγοκαλύμματα και στις παγωμένες σπηλιές της Ανταρκτικής και της Γροιλανδίας, 0,001% ως υγρασία της ατμόσφαιρας και σε σύννεφα. Μόνο το 2,5% του νερού της Γης είναι «γλυκό» και το 98,8% του πόσιμου νερού βρίσκεται στα παγοκαλύμματα και στα υπόγεια ύδατα. Λιγότερο από 0,3% του γλυκού νερού της Γης βρίσκεται σε ποτάμια, λίμνες και στην ατμόσφαιρα και ακόμη μικρότερο ποσοστό (0,003%) περιέχεται στα σώματα των βιολογικών όντων και σε ανθρώπινης παραγωγής προϊόντα. Το νερό υπάρχει σ' όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, ζωικούς και φυτικούς. Στις τροφές υπάρχει σε μεγάλο ποσοστό. Το γάλα π.χ. περιέχει 87%, οι πατάτες 78 %, τα αβγά 74 %, τα λαχανικά και τα φρούτα μέχρι 93 % νερό. Στο ανθρώπινο σώμα το νερό περιέχεται σε ποσότητα 70% και στο αίμα 90 %. Μερικές φορές προσκολλάται σε διάφορες χημικές ουσίες και σχηματίζει μ' αυτές ένυδρες ενώσεις, συνήθως κρυσταλλικές, όπως είναι ο ένυδρος θειικός χαλκός, ο γύψος, το θειικό ασβέστιο κ.ά. Το νερό αυτό ονομάζεται «κρυσταλλικό νερό». Άλλοτε πάλι το νερό ενώνεται σταθερά με τα μόρια των χημικών ενώσεων και σχηματίζεται νέα χημική ένωση. Έτσι π.χ. το τριοξείδιο του θείου και το πεντοξείδιο του φωσφόρου ενώνονται με το νερό και δίνουν νέες χημικές ενώσεις, το θειικό οξύ και το φωσφορικό οξύ, αντίστοιχα. Το νερό αυτό ονομάζεται «χημικό» και δεν είναι δυνατό να απομακρυνθεί με απλή θέρμανση όπως το κρυσταλλικό νερό. Το νερό στη Γη κινείται συνεχόμενα μέσω του «κύκλου του νερού» (μια φυσική ανακύκλωση) που περιλαμβάνει την εξάτμιση (κυρίως των θαλασσών), τη μεταφορά της υγρασίας, τη συμπύκνωση, την κατακρήμνιση (με βροχή, χιόνι, χαλάζι, κ.ά.) και την αποστράγγιση με την οποία το μεγαλύτερο ποσοστό επιστρέφει στις θάλασσες. Η εξάτμιση και η μεταφορά υγρασίας συνεισφέρουν στις κατακρημνίσεις πάνω από την ξηρά. Το ασφαλές πόσιμο νερό είναι ζωτικής σημασίας για τους ανθρώπους και τις άλλες μορφές ζωής. Η πρόσβαση σε ασφαλές πόσιμο νερό έχει βελτιωθεί τις τελευταίες δεκαετίες σχεδόν σε ολόκληρο τον κόσμο, αλλά 1.000.000.000 άνθρωποι ακόμη δεν έχουν πρόσβαση σε ασφαλές πόσιμο νερό και πάνω από 2.500.000.000 έχουν ανεπαρκή πρόσβαση σε αποχέτευση. Υπάρχει μια καθαρή σχέση μεταξύ της πρόσβασης σε ασφαλές πόσιμο νερό και στο ΑΕΠ ανά κάτοικο της κάθε περιοχής. Ωστόσο, κάποιοι παρατηρητές έχουν εκτιμήσει ότι ως το 2025 περισσότερο από το ήμισυ του παγκόσμιου πληθυσμού θα είναι αντιμέτωπο με προβλήματα που τους κάνουν ευάλωτους εξαιτίας της ποιότητας του νερού στο οποίο έχουν πρόσβαση. Μια πρόσφατη αναφορά (Νοέμβριος 2009) προτείνει ότι μέχρι το 2030 σε κάποιες περιοχές του αναπτυσσόμενου κόσμου η ζήτηση νερού θα ξεπεράσει την προσφορά κατά 50%. Το νερό παίζει ένα σημαντικό ρόλο στην παγκόσμια οικονομία, αφού λειτουργεί ως ένας διαλύτης για μια ευρεία ποικιλία χημικών ουσιών και εγκαταστάσεις βιομηχανικής 2
ψύξης και για τις μεταφορές. Το 70% του γλυκού νερού που χρησιμοποιείται από τους ανθρώπους πηγαίνει στην αγροτική παραγωγή. Το μόριο του νερού αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου (Η) και ένα άτομο οξυγόνου (Ο). Έχει χημικό τύπο H 2 O αλλά σε μερικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται και οι χημικοί τύποι ΗΟΗ και σπανιότερα ΟΗ 2. Η σχετική αναλογία μαζών του υδρογόνου και του οξυγόνου είναι 2,016:16,000 περίπου δηλ. 1:8. Το νερό μέχρι το 18ο αιώνα θεωρούνταν ως στοιχείο. Πρώτος ο πατέρας της νεότερης χημείας Λαβουαζιέ απέδειξε ότι είναι ένωση του υδρογόνου και του οξυγόνου. Από το 1992, η 22η Μαρτίου κάθε έτους έχει καθιερωθεί από τη Γενική Συνέλευση του Οργανισμού Ηνωμένων Εθνών ως η παγκόσμια μέρα για το νερό. Την εργασία αυτή εκπόνησε η παρακάτω ομάδα μαθητών/τριών (αλφαβητική σειρά): Μιχόπουλος Μάριος Μόσχου Λίνα Μπουμπούλη Ελευθερία Μπουμπουρέκα Δήμητρα Πίτσικα Ειρήνη Σκοπός της έρευνας και ερευνητικά ερωτήματα: Ο γενικός σκοπός που αναλαμβάνει κάποιος μία ερευνητική εργασία είναι κυρίως η απόκτηση πληροφοριών, η λύση των αποριών μας σε σχέση με το θέμα, η πληροφόρηση μας πάνω στα ζητήματα που μας αφορούν, η ανάπτυξη του ομαδικού θέματος και η αλληλοβοήθεια μέσα στην ομάδα. Ερωτηματολόγιο: 1) Από πού δημιουργήθηκε το νερό; 2) Γιατί το νερό είναι σημαντικό στη ζωή μας; 3) Πού και πώς χρησιμοποιούμε το νερό στην καθημερινή μας ζωή; 4) Ποια η σχέση του νερού με την χημεία; 5) Πώς δημιουργείται η βροχή; 6) Γιατί γίνεται αφαλάτωση; 7) Επιδρούν θετικά στον άνθρωπο τα χημικά στοιχεία του νερού; 8) Πέρα από τη μορφή του κλασσικού νερού ποιες άλλες πηγές υπάρχουν; 9) Ποιες τροφές είναι πλούσιες σε περιεκτικότητα νερού; Οι ανάγκες που εξυπηρετεί η χημεία στο νερό: 1 Η χρησιμότητα του χλωρίου στο νερό. 3
Οι ανάγκες που καλύπτει το χλώριο μέσα στο νερό είναι η απολύμανσή του, δηλαδή η διαδικασία καταστροφής των μικροοργανισμών που βρίσκονται στο νερό σε τέτοιο βαθμό ώστε να αποφεύγετε η πρόκληση των ασθενειών από τη χρήση του. Τα απολυμαντικά που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι το χλώριο το διοξείδιο του χλωρίου οι χλωραμίνες το όζον και η υπεριώδης ακτινοβολία. Ακόμα και στις περιπτώσεις που η απολύμανση γίνεται με τη χρήση όζοντος ή υπεριώδους ακτινοβολίας. Στόχος της προσθήκης του χλωρίου μετά την απολύμανση είναι η καταπολέμηση των μικροοργανισμών που βρίσκονται στα τοιχώματα των σωλήνων του δικτύου ύδρευσης. Το χλώριο είναι μια χημική ουσία την οποία καταπίνουν καθημερινά δισεκατομμύρια άνθρωποι σε όλο τον κόσμο με στόχο να αποφύγουν προβλήματα υγείας από πιθανή παρουσία επικίνδυνων μικροοργανισμών στο πόσιμο νερό. Έχει επιβεβαιωθεί επιστημονικά ότι το χλώριο προκαλεί προβλήματα στον ανθρώπινο οργανισμό, ιδιαίτερα σε μεγάλες δόσεις. Παρά το γεγονός αυτό, χρησιμοποιείται ευρύτατα ως απολυμαντικό στο πόσιμο νερό, επειδή ο κίνδυνος από τους μικροοργανισμούς (μερικές φορές θάνατος) είναι μεγαλύτερος από τις παρενέργειες του χλωρίου. 2 Τα άλατα. Άλας ονομάζεται η χημική ένωση που δημιουργείται από συνένωση κατιόντων και ανιόντων. Τα άλατα είναι ετεροπολικές (ιοντικές)ενώσεις και σ' αυτά το κατιόν μπορεί να είναι μέταλλο (π.χ. ασβέστιο Ca2+ ή θετικό πολυατομικό ιόν (π.χ. αμμώνιο )ενώ το ανιόν είναι αμέταλλο πολυατομικό αρνητικό ιόν (όπως π.χ. το θειικό ανιόν ή το νιτρικό). Ανάλογα με το αν συγκρατούν νερό ή όχι Ένυδρα άλατα. Είναι τα άλατα τα οποία συγκρατούν ορισμένο αριθμό μορίων νερού (κρυσταλλικό νερό) για το σχηματισμό του κρυσταλλικού τους πλέγματος. Το νερό αυτό συνήθως μπορεί να απομακρυνθεί εύκολα με θέρμανση και το ένυδρο άλας μετατρέπεται σε άνυδρο. Άνυδρα άλατα. Είναι τα άλατα τα οποία δεν συγκρατούν μόρια νερού για να σχηματίσουν το κρυσταλλικό τους πλέγμα. Παράγοντες που επηρεάζουν την έρευνά μας: α) Θερμοκρασία - κατάσταση του νερού (s, aq, l,) β) Περιβαλλοντολογικές συνθήκες γ) Υποδομές ενός εργαστηρίου (εργαλεία π.χ) δ) Γενικότερη υποστήριξη γνώσεων στο θέμα Όρια της έρευνάς μας: Η έρευνά μας περιορίζεται στην πλευρά της ανόργανης χημείας του νερού ανεξάρτητα από το πού αυτό προέρχεται (βροχή, αφαλάτωση, υδροφόροι ορίζοντες, τήξη χιονού, ποτάμια, λίμνες κ.λπ.). 4
Δημιουργία ερωτηματολογίου της ερευνητικής εργασίας συζήτηση επί των αποτελεσμάτων σχόλια και συμπεράσματα: Πόσο ποιοτικό θα μπορούσατε να χαρακτηρίσετε το πόσιμο νερό στη περιοχή σας μαθητές κηδεμόνες Πολύ 3 2 Αρκετά 12 8 Μέτρια 5 9 λύγο 3 3 Καθόλου 0 1 Σχόλια: Λόγω του ότι ζούμε σε μία αρκετά καθαρή πόλη συμπεριλαμβανομένης της ύπαρξης ποταμού η ποιότητα του πόσιμου νερού στη περιοχή μας είναι αρκετά υψηλή, γι αυτό και οι συμμετέχοντες στο ερωτηματολόγιο υποστηρίζουν πως το νερό που πίνουν είναι σχετικά καλής ποιότητας. Συμπέρασμα: Εν κατακλείδι, συμπεραίνουμε πως οι περισσότερες απαντήσεις σημειώθηκαν στη στήλη με την απάντηση αρκετά, άρα και οι δύο συμμετέχοντες είναι ενημερωμένοι σε σχετικά καλό επίπεδο. Πόσο ενημερωμένος είστε μ ε την συμπεριφορά του νερού στη χημική ένωση μαθητής κηδεμόνας πολύ 2 5 αρκετά 8 6 μέτρια 7 5 λίγο 6 4 καθόλου 0 3 5
Σχόλια: Στους κηδεμόνες το 30% περίπου έχουν πλήρη άγνοια για τη χημεία και το νερό. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να οφείλεται στην ελλιπή ενημέρωση των κηδεμόνων ή στο ότι οι γνώσεις τους σε σχέση με το θέμα ξεθώριασαν με την πάροδο των χρόνων. Από την άλλη πλευρά, οι μαθητές τείνουν να απαντούν στο αρκετά και στο μέτρια λόγω του ότι πιθανότατα δείχνουν πλήρη άγνοια για τα μαθήματα όπως η χημεία ή η φυσική με την δικαιολογία του ότι είναι περίπλοκα και ''δύσκολα'' για αυτούς. Συμπέρασμα: Οι περισσότεροι δεν είναι πλήρως ενημερωμένοι για την συμπεριφορά του νερού ως χημική ένωση γι αυτό και φαίνεται πως αρκετές απαντήσεις έχουν σημειωθεί από το αρκετά και κάτω. Πόσο πιστεύετε ότι τα συντηρητικά που έχουν προστεθεί στο πόσιμο νερό επηρεάζουν την ανθρώπινη υγεία μαθητής κηδεμόνας πολύ 4 2 αρκετά 10 12 μέτρια 4 7 λίγο 5 2 καθόλου 0 0 6
Σχόλια: Βλέπουμε πως οι κηδεμόνες είναι αρκετά ενήμεροι για το νερό που καταναλώνουν στη καθημερινή τους ζωή και γενικά για τα συστατικά τα οποία έχει το πόσιμο νερό. Παρατηρούμε πως και οι μαθητές τείνουν να έχουν την ίδια γνώμη. Τελικώς συμπεραίνουμε πως και οι δύο συμμετέχοντες στο ερωτηματολόγιο πιστεύουν πως η επιρροή των συντηρητικών στο πόσιμο νερό επηρεάζουν σημαντικά την ανθρώπινη υγεία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός του ότι όλοι οι άνθρωποι, ενδιαφέρονται για την υγεία τους καθώς και την καθημερινή πρόσληψη βιταμινών από το νερό και τις τροφέςισάξια. Συμπέρασμα: Τέλος, το συμπέρασμα που εμφανίζεται είναι πως οι περισσότερες απαντήσεις συγκεντρώνονται στη στήλη της απάντησης αρκετά. Επίλογος Την παρούσα εργασία την επιλέξαμε λόγω του ότι η χημεία του νερού μας κίνησε το ενδιαφέρον. Επιπλέον, η θέλησή μας για περαιτέρω γνώση, μας ώθησε στην αναζήτηση νέων πληροφοριών ξεκινώντας από μία αναδρομή που αφορά το εν λόγω θέμα, κάνοντας αναφορά στον πρωτόγονο άνθρωπο και τον ρόλο που έπαιζε το νερό στην εποχή του. Στη συνέχεια, αντλήσαμε στοιχεία από την μυθολογία, τα οποία αποδεικνύουν τη θέση του νερού στην αρχαιότητα. Στη συνέχεια κατασκευάσαμε ένα ερωτηματολόγιο απευθυνόμενο σε μαθητές και κηδεμόνες με σκοπό τον έλεγχο σύγκλησης ή απόκλισης απόψεων μεταξύ τους. Προτάσεις για συμπληρωματική έρευνα Μόλυνση νερού σε διάφορες περιοχές της γης Η επιρροή του νερού στην ανθρώπινη υγεία με την προσθήκη περεταίρω συντηρητικών. Τα αποτελέσματα της αλλαγής της χημικής σύστασης του νερού (άλατα, μόλυνση κ.λπ.) στον ανθρώπινο οργανισμό. 7
Βιβλιογραφία Google: η χρησιμότητα του χλωρίου στο νερό Google: www.terrapapers.com Google: η χημεία και το νερό Google: χημεία και πάγος 8