Typ: Vyklad

88971:

ML_U

Metodický pokyn = učitel

 

 

Tematické zařazení experimentu

• biologie rostlin a živočichů
• fotosyntéza a respirace
• voda a kvalita vody
• kyslík a jeho význam pro vodní organismy

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je prozkoumat závislost množství rozpuštěného kyslíku na teplotě vody.

Poznámky k realizaci experimentu

• Pro rozpustnost plynů v kapalinách obecně platí Henryho zákon:

kde c_i je koncentrace nasycení kapaliny (v našem případě vody) plynem (kyslíkem) v mg / l (miligram rozpuštěného plynu na litr kapaliny), k_i je absorbční koeficient vyjadřující závislost rozpustnosti plynu (kyslíku) od teploty v mg / la pi je parciální tlak kyslíku ve směsi plynů (např. ve vzduchu). Index i vyjadřuje pořadí konkrétního plynu ve směsi.

• Absorpční koeficient k_i výrazně závisí na teplotě vody a na tlaku. Tabulky rozpustnosti jednotlivých plynů ve vodě (absorbční koeficienty) jsou sestaveny z dat získaných v podmínkách, kdy je chemicky čistá voda zbavená všech plynů vystavena kontaktu pouze s tím plynem, jehož koncentrace se měří. Nad hladinou je tedy 100% koncentrace daného plynu. Tabulky jsou sestaveny pro normální atmosférický tlak (101,325 kPa), aby bylo možné porovnávat údaje.
• Absorpční koeficient rozpustnosti konkrétního plynu nesmíme zaměňovat s údaji o rozpuštěných plynech ve vodě tehdy, pokud se nad vodní hladinou nachází směs plynů, jako je např. vzduch. Tehdy obsah rozpuštěných plynů závisí na objemového zastoupení jednotlivých složek. Pokud je absorbční koeficient rozpustnosti plynu například 100 mg / l a objem plynu ve směsi je 21 objemových procent, tehdy bude při stejné teplotě a tlaku koncentrace nasycení pouze 21 mg / l. Hodnoty koncentrace nasycení kyslíku ve vodě pro vzduch při standardním atmosférickém tlaku při různých teplotách jsou uvedeny v žákovském pracovním listě.
• Experiment je možné realizovat i na širším teplotním intervalu, např. od 0 ° C do takové teploty, aby nedošlo k poškození kyslíkového senzoru.
• Nezapomeňte se přesvědčit, zda je možné kyslíkový senzor použít ve vodním prostředí.

Návod na zpracování dat

• Analýza vyžaduje jen jednoduché srovnání množství rozpuštěného kyslíku na začátku a na konci experimentu.

Závěry z experimentu

• Množství kyslíku rozpuštěného ve vodě s teplotou klesá, čili teplá voda obsahuje mnohem méně kyslíku než voda studená. V tomto případě je vhodné využít uveden poznatek při vysvětlování nebezpečného tepelného znečištění řek, při porovnání množství kyslíku v studených a tropických mořích a oceánech a i.

Žákovské aktivity

• Vzhledem k tomu, že jde o krátkodobé měření, je ho vhodné vzhledem ke své nenáročnosti na vybavení realizovat přímo na vyučovací hodině.
• Žáci se mohou podílet nejen na přípravě, ale i realizaci vyhodnocení experimentu.
• Diskusi je výhodné vést tak, aby žáci samostatně zamysleli nad možnostmi realizace dalších podobných experimentů - např. srovnání množství kyslíku ve stojaté a promíchané vodě při stejné teplotě, měření množství rozpuštěného kyslíku ve vodě znečištěné organickými látkami a podobně.

 

Trochu teorie:

• Kyslík rozpuštěný ve vodě je nezbytnou podmínkou k dýchání ryb a zooplanktonu.
• Kyslík se do vody dostane buď fotosyntézou nebo transferem přes rozhraní vzduch - voda. Rozpustnost kyslíku závisí na teplotě vody, na obsahu rozpuštěných solí ve vodě a na tlaku. S klesající teplotou vody rozpustnost kyslíku roste, takže studená voda může obsahovat více kyslíku než teplá. Rozpustnost závis í i na tom, zda je voda sladká, nebo slaná. Sladká voda obsahuje více kyslíku než slaná. S tlakem vzduchu roste i rozpustnost kyslíku, takže množství absorbovaného kyslíku je ve větších nadmořských výškách menší než v blízkosti mořské hladiny.

 

Souvislost se životem, přírodou a praxí:

• Správné množství kyslíku ve vodě je nezbytnou podmínkou pro život. Přirozené procesy čištění vody vyžadují dostatečné množství kyslíku pro aerobní organismy. Pokud množství kyslíku ve vodě klesne pod 5 mg / l, vodní život je v ohrožení. Pokud se množství kyslíku sníží pod 1 až 2 mg / l na několik hodin, může to způsobit hromadný úhyn ryb.
• I velmi vysoká koncentrace kyslíku ve vodě může poškozovat vodní organismy. Pokud budou ryby obsahovat příliš velké množství rozpuštěných plynů, může v jejich krvi docházet ke vzniku plynových bublinek. Bublinky mohou zablokovat tok krve a způsobit vznik embolie. Tento stav je však velmi vzácný.
• Rychle proudící voda v horských potocích a říčkách obsahuje velké množství rozpuštěného kyslíku, stojatá voda ho obsahuje mnohem méně. Bakterie při likvidaci organických látek ve vodě spotřebovávají kyslík, proto přebytek organických látek ve vodě může způsobit výrazný nedostatek kyslíku. Při velkém nahromadění organických látek začnou v důsledku nedostatku kyslíku probíhat anaerobní procesy, což se projeví odporným zápachem vody. Tento proces je velmi častý ve stojatých vodách v letním období. Voda má vysokou teplotu, obsah rozpuštěného kyslíku klesne pod přípustnou hranici a dochází k porušení rovnováhy mezi dodávkou vzdušného kyslíku přes hladinu a fotosyntézou a jeho spotřebou anaerobními organismy.