50 лет назад. Поэтому для приведения качества воды

вприродном объекте, используемом как приемник стока, к фоновому, сточные воды даже после очистки требуют разбавления в 10–50 раз, а без очистки – до 100–1000 раз. На это ежегодно в мире затрачивается около 9000 км3 чистой воды, что составляет 20 % устойчивого стока всех рек земного шара, принимаемого за запасы чистой пресной воды на Земле.

Все это привело к тому, что начиная с 1980-х гг. перед человечеством замаячила перспектива глобального дефицита чистой пресной воды. По прогнозам экспертов, к 2030 г. от дефицита чистой пресной воды будут страдать 2/3 населения планеты.

Рациональное водопользование, направленное на преодоление дефицита чистой пресной воды и сохранение ее запасов, предусматривает:

•оборотное водопотребление, в ходе которого используются безотходные технологии, позволяющие не только утилизировать жидкие и твердые отходы, загрязняющие воду, но и уменьшить объем водопотребления;

•совершенствование «мокрых» технологий (к примеру, в нефтеперерабатывающей отрасли промышленности за счет этого можно снизить водопотребление почти в два раза) и разработка «сухих» технологических процессов;

•снижениенепроизводственныхпотерь(например,

всельском хозяйстве, на которое приходится 60 % мирового водозабора чистой пресной воды, почти половина потребляемой воды тратится впустую на непродуктивноеиспарениеиглубинноепросачивание; здесь эффективна замена полива орошением);

•экономия потребления в быту (отказ от «излишнего комфорта»*.

•очистка сточных вод (биологически очищенные сточные воды в оборотных системах водоснабжения позволяют частично или полностью отказаться от использования свежей воды);

•совершенствование законодательства об использовании и охране водных ресурсов, жесткие экономические меры в отношении водопотребителей, которые должнызаставитьихнаправлятькапиталовложенияна очистку сточных вод или использование технологий, снижающих объемы загрязнений.

Проблема дефицита пресной воды угрожает превратиться в самую острую из глобальных проблем человеческой цивилизации. Именно поэтому вода стала предметом дискуссий на всех крупнейших экологиче-

* Вот один из примеров отказа от такого «излишнего комфорта». Расход воды на одного жителя Лондона составляет 170 л/сут., тогда как москвичи расходуют в быту в три раза больше воды. «Британцы не имеют обыкновения окатываться водой после ванной (в ванных комнатах нет ни душа, ни, естественно, смесителей). Этот же обычай распространяется и на мытье посуды. Имеются две раковины, заполненные водой. Посуду перекладывают из одной раковины в другую, а затем ставят сушиться…» (В.Овчинников, писатель и журналист, из книги «Корни дуба»).

ских форумах планеты последних десятилетий, начиная с Конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г., а 2003 г. был объявлен ООН Международным годом пресной воды.

Откликом большинства развивающихся стран на увеличениенаселенияиегожеланиеповыситьуровень благосостояния является экстенсивное использование водных ресурсов – увеличение объемов их потребления. Интенсификация водопотребления, главные компонентыкоторойотмеченывприведенномперечнемер по рациональному водопользованию, для этих стран недоступна, поскольку она предполагает высокий технологический уровень и значительные инвестиции.

Однако стратегия рационального водопользования не решает полностью проблему дефицита чистой пресной воды, который в настоящее время обусловлен уменьшением запасов пресной воды как природного ресурса – самого важного из вовлекаемых в хозяйство природных ресурсов, который по массе ежегодного использования намного превосходит все другие добываемые ресурсы вместе взятые. До последнего времени водные ресурсы считались неисчерпаемыми и возобновимыми и противопоставлялись минеральным ресурсам, например нефти.

Сейчас складывается такое положение, когда воспроизводимость пресной воды становится проблематичной. Эта ситуация обусловлена уменьшением водоносности рек (особенно малых, питающих крупные реки), исчезновением родников, понижением уровня подземных вод, их истощением и деградацией из-за сведениялесов(внастоящеевремясведено40 % лесов, существовавшихтритысячилеттомуназад), осушения верховых болот, опустынивания, почти полной утраты луговыхистепныхэкосистемизаменойихагроценозамиит.д., т.е. из-заразрушенияестественныхприродных экосистем(нетольководных) механизмывзаимосвязей между которыми еще требуют изучения и понимания.

В этом проявляется связь водного кризиса с общим социально-экологическим кризисом современной цивилизации. Человек изменяет биосферу быстрее, чем понимает сущность биосферных процессов – природной основы своего существования, их взаимообусловленность, последствия таких изменений и свою ответственность за эти изменения.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Боровский Е.Э. Вода в природе. Дефицит чистой пресной воды. Библиотечка «Первого сентября». Сер. «Химия». Вып. 25. М.: Чистые пруды, 2009.

2.Боровский Е.Э. Продовольственная проблема и химизация сельскохозяйственного производства. Химия (ИД «Первое сентября»), 2011, № 9.

3.Гвоздев Ю.А. Агония Черного моря. Экология и жизнь, № 4, 2004.

4.Данилов-Данильян В.И., Хранович И.Л. Управле-

ние водными ресурсами. М.: Научный мир, 2010.

В.Ф.ТОРОСЯН, доцент Юргинского технологического института (филиала Томского политехнического университета)

Встатье рассмотрены основные характеристики загрязненности воды

ипредставлены результаты научно-исследовательской работы, проводимой школьниками и студентами вуза. Работа посвящена изучению кинетики эмиссии ионов Fe3+ и Mn2+ из металлургических шлаков в модельные среды (воду и ацетатно-аммонийный буферный раствор). Полученные результаты имеют практическую значимость, т.к. могут быть использованы для оценки воздействия металлургических отвалов на объекты гидросферы.

Вся жизнь человека нераздельно связана с природой. Острота современных проблем взаимодействия общества и природы поставила ряд новых задачпередобразованиеми педагогикой, которыепризваны готовить учащихся не только преодолевать последствия негативных воздействий человека на природу и оптимизировать это воздействие, но и прививать бережное и уважительное отношение к природе. При этом экологическая культура, которая включает в себя совокупность знаний и умений, взглядов и убеждений, мотивов и действий, связанных с необходимостью разумного, рационального природопользования, с поиском путей сбережения и улучшения окружающей природной среды, является качественным показателем

отношения учащихся к природе.

Вода является своеобразным материалом, обладающим чрезвычайно ценными свойствами, которые обеспечивают существование живых организмов на Земле и развитие процессов их жизнедеятельности. Велика роль водыв историческомпроцессе геологического преобразования нашей планеты. И, конечно же, без воды немыслима деятельность человеческого общества. Реки выполняют важнейшую работу по очистке от загрязнений территорий городов: растворяют и выносят за их пределы все, что растворяется или мо-

жет быть перемещено во взвешенном состоянии. Великий Гиппократ когда-то сказал: «Человек рож-

дается здоровым. Болезни в него входят с тем, что он ест и пьет». И с этим трудно не согласиться, поэтому жителилюбогогородаозабоченывопросом: насколько безопасна вода, вытекающая из кранов?

В воде многих рек обнаружены летучие хлорорганические соединения, производные мышьяка, кадмия, никеля, хрома, которые определяют канцерогенный риск, риск заболеваний системы крови и кроветворных органов. И хотя содержание каждого

из них не превышает предельно допустимые концентрации (ПДК), коэффициент суммации по санитарнотоксикологическимпоказателямпревышаетпредельно допустимый в 1,5–3 раза.

Городские станции контроля осуществляют проверку качества воды поверхностных источников водоснабжения. Сравнительный анализ значений качественных характеристик воды, например, посезонно за 10 лет (период весьма большой для людей, но не для реки) может характеризовать потенциал реки к самоочищению.

В соответствии с геохимическими представлениями тип воды определяется содержанием катионных и анионных элементов. Основным инструментом определения состояния и свойств воды является ее качественный и количественный анализ.

По результатам химического анализа воды реки (архив санитарно-эпидемиологических служб) можно проанализировать сезонный ход ее гидрохимических параметров, таких как pH, содержание азота и фосфора, БПК(биологическоепотреблениекислорода), ХПК (химическое потребление кислорода).

Величина pH воды – показатель среды имеет большое значение для химических и биохимических процессов. От него зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Содержание ионов водорода определяется соотношением концентрации угольной кислоты и ее ионов. ПрибольшомколичестверастворенногоСО2 воды имеют кислую реакцию (рН < 6,5). Величина рН для речных вод обычно варьируется в пределах 6,5–8,5.

Кислород – один из важнейших растворенных в воде газов. Главным источником кислорода являются процессы абсорбции его из атмосферы и продуцирования в результате фотосинтетической деятельности водных организмов.

Потребление кислорода в воде связано с химиче-

скимиибиохимическимипроцессамиокисленияорганических веществ (ОВ). Содержание кислорода в поверхностных водах составляет от 0 до 14 мг/л.

БПК (мг О2/л) – это количество кислорода, затраченного на окисление ОВ, которые, в свою очередь, являются прижизненными выделениями обитающих в воде организмов, их посмертными остатками, а также водорастворимым гумусом почвенного и планктонного происхождения. Кроме этого ОВ попадают в реку со сточными водами. БПК определяют в пробе воды через 5 суток после ее отбора.

По величине БПК вода характеризуется следующим образом:

~ 1,1÷1,9 – чистая; 2÷2,9 – умеренно загрязненная;

3÷3,9 – вода загрязненная; > 4 – очень грязная.

ХПК – химическое потребление кислорода, или дихроматная окисляемость – это количество кислорода, который расходуется для окисления всех ОВ, содержащихся в загрязненной воде (даже тех, которые микроорганизмы окислять не могут). Единица измере-

ния – мг О2/л.

Важным гидрохимическим показателем воды является комплекс азот и фосфор (биогенные элементы). Ониопределяютпродуктивностьводныхобъемов. Для воды содержание азота определяется в виде: молекулярного N2, нитрат-иона NO3– , нитрит-иона NO2– , аммонийного азота NH4, органических соединений азота (мочевина, пептиды, аминокислоты и т.д.).

Азот поступает в воду в основном в процессе лизиса и автолизиса клеток отмерших организмов, главным образом фитопланктона. Азотсодержащие соединения выделяют при жизни водоросли, зоопланктоны и другие гидробионты. Азот также поступает в поверхностные воды с атмосферными осадками, сельскохозяйственными и бытовыми стоками. Понижение содержания азотсодержащих соединений связано с их потреблением фитопланктоном, бактериями и процессами денитрификации.

Для оценки загрязнения крупных водных объектов широко используют интегральный показатель – ин-

декс загрязненности воды (ИЗВ; обычно его считают по 6 компонентам).

Врасчетах данного проекта использовались не 6, а 13 компонентов для более полной оценки качества воды, причем подбор их учитывал специфику

промышленных объектов города (табл. 1).

Создание базы данных по промышленным объектам города и их ранжирование по степени воздействия на окружающую среду позволяет выявить факторы техногенного воздействия на реку. В качестве одного из объектов можно рассматривать шлаковый отвал металлургического производства. При этом необходимо

Таблица 1

Компоненты, учитываемые при расчете индекса загрязненности воды

Компонент ПДК, мг/л

экспериментально определить кинетическое соотношение между содержанием ионов металлов в шлакоотвале и их поступлением в воду реки.

Металлургические шлаки – это основная масса отходов металлургических процессов. Они являются продуктами высокотемпературного взаимодействия компонентов исходных материалов. Химический состав и структура металлургических шлаков изменяются в зависимости от состава пустой породы, особенностей металлургического производства, условий охлаждения и др.

Наибольшее негативное воздействие шлаковые отвалы оказывают на водные объекты – подземные и поверхностные воды. С поверхностным стоком загрязняющие вещества поступают в поверхностные воды реки, изменяя их химический состав, увеличивая концентрацию сульфат-иона, железа общего, марганца и др. Атмосферные осадки инфильтруются через тело отвала, насыщаются водорастворимыми компонентами и загрязняют грунтовые воды.

Влияние отвала на атмосферу и грунт зависит от зернового состава складированных отходов и измельченияихпридлительномхранении. Пылевидныешлаковые частицы разносятся ветром на прилегающие территории, накапливаются в верхнем слое почвы.

* Тонкоизмельченные доменные шлаки используются в качестве активной (гидравлической) добавки к извести, портландцементу и другим строительным материалам, придающей им способность отвердевать не только на воздухе, но и под водой. – Прим. ред.

Рис 3. Модельный ацетатно-аммонийный буферный раствор CH3COOH + CH3COONH4

Т.Г.РАССОХИНА, учитель химии

Гляденской средней школы № 11, Шарыповский р-н, Красноярский край; В.Б.ЛЕБЕДИНЦЕВ, к.п.н., доцент,

ведущий научный сотрудник Красноярского ИПК

По мнению разработчика данной методики М.А.Мкртчяна, все многообразие учебных занятий подразделяется на три типа: индивидуальные, групповые и коллективные. Коллективные занятия отличаются от групповых степенью вовлеченности каждого ученика.

Приведены методики взаимообмена знаниями, работы в малой группе и взаимопередачи тем, а также конкретные примеры текстов для работы по этим методикам.

Коллективные учебные занятия получили широкое распространение во многих школах [1]. Хотя концепция этих занятий получает свое наиболее полное воплощение в разновозрастных коллективах [2], многие их методики и приемы [3, 4] можно применять

в рамках классно-урочной системы обучения.

Методика взаимообмена заданиями

Эта методика, разработанная М.А.Мкртчяном, предназначена для первичного изучения типовых задач при работе учащихся в пáрах сменного состава. Учитель готовит специальный дидактический материал – карточки, содержащие по три однотипных упражнения. Например, по теме «Химические свойства металлов» можно составить шесть карточек, разных по тематике, но одинаковых по структуре.

Вначале необходимо осуществить «запуск». Учитель распределяет разные задания между шестью учениками и каждому из них индивидуально объясняет способ выполнения задания а, записывает решение в тетрадь ученика, отвечает на его вопросы, просит восстановить объяснение. Второе задание б ученик выполняет под наблюдением учителя, комментируя свои действия. Учитель дает ему необходимые теоретические консультации, обращает внимание на моменты, которые школьнику не удаются, задает вопросы на уточнение, предлагает сформулировать вопросы. Третье задание в ученик выполняет без наблюдения со стороны учителя. После проверки учитель проводит мини-рефлексию: просит ученика воспроизвести объяснение задания а – восстановить последовательность обучающей работы учителя, дает рекомендации, как объяснить это задание следующему напарнику. Таким

образом, учитель добивается не только усвоения учебного материала, но и понимания техники работы с партнером.

Если ученики делают все правильно, чувствуют себя уверенно – значит, они готовы работать в сводной группе, состоящей из нескольких пар. Руководит группой командир (один из ее членов): ведет табло учета карточек (табл. 1), следит за тем, чтобы ребята не нарушали порядок взаимодействия. В пáрах ученики обучают друг друга решению задач со своих карточек, при этом порядок их работы тот же, что и учителя с учеником (первая задача объясняется, вторая – решается под наблюдением, а третья – самостоятельно). Научившись у одного партнера выполнять какой-либо тип задания, ученик в следующей паре объясняет его другому ученику. Смена напарников происходит до тех пор, пока каждый ученик не получит и не передаст объяснения решения всех типов задач.

Работая в паре, учащиеся не только усваивают учебный материал, но и учатся объяснять его партнеру

Учет выполнения учащимися заданий ведется в табло с помощью символов: «•» – приступил к выполнению задания; «+» – обучен, готов обучать; « » – обучил другого школьника (см. табл. 1).

Таблица 1

Табло учета по методике взаимообмена заданиями

Порядок работы в паре по методике взаимообмена заданиями

1.Прочитай напарнику задание из своей карточки.

2.Выполни в тетради напарника задание а из своей карточки, объясняя его решение.

3.Проследи, как твой напарник выполняет задание б из твоей карточки.

4.Поменяйся ролями с напарником: пусть теперь он объяснит тебе задание из своей карточки, работая по пунктам 1–3.

5.Поменяйся карточками с напарником. Выполни задание в, работая самостоятельно.

6.Поменяйся тетрадями с напарником. Проверьте друг у друга правильность выполнения задания в.

7.Поблагодари напарника за работу. Оставь себе его карточку. Смени партнера.

Материал для работы по методике взаимообмена заданиями

Химические свойства металлов

К а р т о ч к а 1 Взаимодействие щелочных металлов с водой.

а) Na + H2O = ……………… .

б) K + H2O = ……………… . в) Li + H2O = ……………… .

К а р т о ч к а 2 Взаимодействиещелочныхищелочно-земельных

металлов с водой.

а) Ca + H2O = ……………… . б) Li + H2O = ……………… . в) Mg + H2O = ……………… .

К а р т о ч к а 3 Взаимодействие металлов с кислородом.

а) Ca + O2 = ……………… . б) Mg + O2 = ……………… . в) Al + О2 = ……………… .

К а р т о ч к а 4 Взаимодействие металлов с кислотами.

а) Ca + НСl = ……………… . б) Mg + Н2SO4 = ……………… . в) Аl + Н3PO4 = ……………… .

К а р т о ч к а 5 Взаимодействие металлов с солями.

а) Zn + FeС12 = ……………… . б) Sn + CuSO4 = ……………… . в) Аl + Zn(NО3)2 = ……………… .

К а р т о ч к а 6 Взаимодействие металлов с неметаллами.

а) Zn + O2 = ……………… . б) Fe + S = ……………… . в) А1 + Cl2 = ……………… .

Методика работы в малой группе

Некоторыевопросыможноизучатьвмалойгруппе* (или в постоянной паре, если невозможно по какимлибо причинам создать группу). Для плодотворной самостоятельной деятельности учащихся необходимо особое внимание уделить технике их взаимодействия. Во-первых, распределить между учениками позиции: кто будет следить, чтобы в работу включался каждый; кто будет отвечать за конечный результат; кто будет отслеживать время, чтобы все успеть. Во-вторых, задать порядок совместной работы. Например, он может быть таким: один ученик читает первый фрагмент текста опорного конспекта вслух (остальные – про себя), затем сидящий слева от читающего вслух говорит, что он понял, объясняет ключевые моменты; третий слева по кругу – формулирует и задает вопросы на пониманиепрочитанногофрагмента(илиприводитпримеры); четвертый – предлагает заголовок этой части. После обсуждения возможного заголовка ученики записывают в тетради уточненный вариант.

Чтобы равномерно вовлечь каждого в работу, очередной фрагмент текста следует читать вслух новому ученику, что приведет к изменению заданий всех остальных участников. Кроме того, важно вовлечь каждого в процесс оценки и коррекции ответов друг друга. Для этого рекомендуется установить правило: первое слово дается ученику, сидящему слева от читающего вслух, а затем – всем желающим.

Преждечеморганизоватьтакуюдеятельностьвмалой группе, нужно посредством индивидуальной или пáрной формы работы научить учащихся отвечать на готовые вопросы, составленные к каждому фрагменту какого-либо учебного текста, а затем и самим составлять и задавать вопросы на понимание содержания текста.

* Работа в малых группах может быть и коллективной (все члены группы активно включены в учебную деятельность), и групповой, при которой некоторые ученики являются «наблюдателями».

Опорный конспект для изучения в малой группе

Железо и его соединения

Железо– элементпобочнойподгруппыVIII группы. На внешнем уровне у него два электрона. В соединениях железо проявляет чаще всего степени окисления +2 и +3. Когда железо реагирует с сильными окислителями, то образует соединения со степенью окисления +3; сослабыми– +2, иногдаобразуетсясмесьсоединений железа +2 и +3, например железная окалина Fе3О4 (FеОæFе2О3). См. таблицу (табл. 2).

Соединения железа +2.

1.К соединениям железа +2 относятся оксид FеО,

гидроксид Fе(ОН)2 и соли, например FеСl2, FеSО4. Эти соединения легко окисляются и переходят в соединения железа +3.

2.Оксид и гидроксид проявляют основные свойства:

FеО + 2НСl = FеСl2 + Н2О,

Fе(ОН)2 + 2НСl = FеСl2 + 2Н2О.

3. Fе(ОН)2 быстро окисляется на воздухе.

О п ы т. Получите Fе(ОН)2 из FеSО4 по реакции:

FеSО4 + 2NаОН = Fе(ОН)2 + Nа2SО4.

Проведем опыт

Пронаблюдайте за осадком Fе(ОН)2. С течением времени он приобретает бурую окраску:

4. Соли железа +2 вступают в реакции ионного обмена со щелочами, солями, некоторыми кислотами

(Н2S).

5. На ион железа +2 можно провести качественную реакцию с красной кровяной солью K3[Fe(CN)6] (гексацианоферрат(III) калия):

3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3– = Fe3[Fe(CN)6 ]2 .

(синий осадок )

Соединения железа +3.

1. К соединениям железа +3 относятся оксид Fе2О3, гидроксид Fе(ОН)3, соли, например FеСl3, Fе(NО3)3, Fе2(SО4)3. Эти соединения в большей степени проявляют окислительные свойства, чем восстановительные:

2.Fе2О3 и Fе(ОН)3 – амфотерные соединения с преобладанием основных свойств.

3.Качественные реакции на ионы Fе3+ про-

водятся с желтой кровяной солью K4[Fe(CN)6] (гексацианоферрат(II) калия) или с роданидом калия

KSCN:

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4– = Fe4 [Fe(CN)6 ]3 .

(синий осадок )

Fe3+ + 3SCN– = Fe(SCN)3 .

(кроваво- красный осадок )

Методика взаимопередачи тем

Методика, разработанная М.А.Мкртчяном, предназначена для организации изучения теоретического материала при работе в пáрах сменного состава. Основная идея таких занятий состоит в следующем: