Сахар против льда способ борьбы со льдом
Подробное решение параграф § 7 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов A.M. Углубленный уровень 2019
Вопрос 1. Какие вещества называют неорганическими?
Неорганические вещества — простые вещества и соединения, не являющиеся органическими, т. е. не содержащие углерода, а также некоторые углеродосодержащие соединения (карбиды, цианиды, карбонаты, оксиды углерода и некоторые другие вещества, которые традиционно относят к неорганическим).
Вопрос 2. Какие известные вам организмы содержат много воды?
Алоэ, кактусы, водоросли, медуза, в плодах огурцов и др.
Вопрос 3. Какие неорганические вещества мы употребляем в пищу? Почему?
Воду, минеральные вещества (кальций, магний, йод, фосфор, медь и др.). Они способствуют проникновению веществ в клетки организма, протекание ферментативных и пластических процессов, участвуют в формировании и построении тканей, поддерживают осмотическое давление крови, активируют проведение возбуждения и импульсов, способствуют свертыванию крови и т. д.
Вопрос 4. Какие неорганические вещества содержатся в живых организмах?
Вода, соли минеральных кислот и соответствующие катионы и анионы.
Вопрос 5. Что определяет уникальные физические и химические свойства воды, столь важные для существования живой материи?
Уникальные физические и химические свойства воды определяются особенностями структуры её молекулы, которые возникают в результате специфического расположения электронов в атомах кислорода и водорода.
Вопрос 6. Какие химические связи называют водородными?
Водородные связи — это такие связи, которые возникают между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы.
Вопрос 7. Какие физико — химические свойства воды наиболее важны для обеспечения жизнедеятельности клеток и многоклеточных организмов в разных условиях?
Высокая теплоёмкость (способность поглощать тепло при незначительном изменении собственной температуры) воды предохраняет клетку от резких температурных колебаний, а высокая теплопроводность обеспечивает возможность равномерного распределения теплоты между отдельными частями организма. Высокая теплота испарения используется живыми организмами для предохранения от перегрева: испарение жидкости растениями и животными охлаждает организм и является защитной реакцией на повышение температуры. Вода практически несжимаема, благодаря чему клетки поддерживают свою форму и обладают упругостью. Очень важно, что лёд легче воды, так как вода имеет максимальную плотность при +4°С, поэтому пресные водоёмы не промерзают до дна.
Для живых организмов весьма важно ещё и то, что молекулы воды являются диполями. Дипольный характер молекулы воды определяет её способность ориентироваться в электрическом поле. Именно это свойство воды определяет её уникальность как растворителя.
Вопрос 8. В каких растворителях могут растворяться гидрофобные вещества, а в каких — гидрофильные? Какие растворители вам известны?
Гидрофильные вещества легко разрушается в воде, гидрофобные — в бензине или в бензоле.
Вопрос 9. Используя интернет — ресурсы и другие источники информации, найдите сведения о значении для организма следующих элементов: В, Р, S, Са, Мn, Fe, Со, Zn, Сu. Ответ оформите в виде таблицы.
Вопрос 10. Прочитайте статью «Сахар против льда» и на основе анализа полученной информации предложите свои способы борьбы с гололёдом на дорогах.
При повышении безопасности дорожного движения в снежное время года, мы не должны забывать об экологической обстановке.
Сахар — это интересно, экологично, но скорее всего дорого.
Учитывая все недостатки при использовании соли и солевых растворов, связанных с их негативным воздействием на окружающую среду, наиболее целесообразным является способ предупреждения образования гололеда за счет создания покрытий автомобильных дорог, обладающих противо — гололедными свойствами, что делает возможным механическое удаление снежно — ледяных отложений снегоуборочной техникой и исключения отрицательного воздействия химических реагентов на окружающую среду.
1. К одному из способов образования антигололедных покрытий, разработанному в Словакии, относится «Соленый бетон». Антигололедная добавка с рабочим названием «Соленый бетон» представляет собой обработанные кристаллы против гололедного вещества (NaCl), введенные в минеральную часть асфальтобетона. Минеральная оболочка соли (NaCl) формируется из цемента, мелкозернистого известнякового порошка и дробленого песка. Введение добавки в количестве около 10 % по массе минерального материала является достаточным для достижения желаемого эффекта. При температуре около — 4°С небольшое количество соли (приблизительно 1 %) расплавляет тонкие слои снега. При температуре более низкой (ниже — 4°С) плотность льда нарушается; лед ломается и удаляется с поверхности дороги под действием колес транспортных средств. Если температура особенно низкая ( — 10°С), эффект «Соленого бетона» снижается, но сохраняется возможность достаточно простой очистки поверхности дороги с использованием дорожной щетки и отвала.
2. В Уральском государственном лесотехническом университете (УГЛТУ) для повышения противогололедных свойств асфальтобетона разработан кремнийорганический модификатор МПА — 130, не содержащий хлоридов. Устройство верхнего антигололедного слоя дорожного покрытия на основе гидрофобизирующего модификатора, не содержащего хлоридов, на автомобильных дорогах позволит вести активную борьбу с гололедом, благодаря чему повысится коэффициент сцепления колес автомобилей с дорожным покрытием и будет обеспечена нормальная работа транспорта. Кроме того, применение таких покрытий позволит улучшить экологическую обстановку придорожной полосы за счет отказа от применения хлоридов.
Вопрос 11. Уникальные свойства воды определяются в том числе существованием между её молекулами водородных связей. Возможно ли существование таких связей между молекулами других веществ?
Механизм возникновения водородной связи — частично электростатический и частично донорно — акцепторный.
Характерной чертой водородной связи является расстояние между атомом водорода и другим атомом, её образующим. Оно должно быть меньше, чем сумма радиусов этих атомов.
Межмолекулярная водородная связь образуется между молекулами веществ, в состав которых входят водород и сильно электроотрицательный элемент — фтор, кислород, азот, хлор, сера. Сильно смещенная общая электронная пара от водорода к атому отрицательно заряженного элемента, при этом положительный заряд водорода сконцентрирован в малом объеме, приводит взаимодействие протона с неподеленной электронной парой другого атома или иона, обобществляя её.
Водородную связь обозначают точками, указывая, что она намного слабее ковалентной связи (примерно в 15 — 20 раз).
Межмолекулярная водородная связь: две молекулы воды и две молекулы уксусной кислоты с образованием циклической структуры
Вопрос 12. Что произойдёт с клеткой, если концентрации ионов К+, Na+ и Са2+ выровняются и будут одинаковыми как вне, так и внутри её?
От концентрации солей внутри и снаружи клетки зависят буферные свойства цитоплазмы клетки. Буферностью называют способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН 7,2). Пока клетка жива, эти различия в концентрации К+ и Na+ между клеткой и межклеточной средой стойко удерживаются. Если концентрации ионов К+, Na+ и Са2+ выровняются и будут одинаковыми как вне, так и внутри её, клетка просто умрет.
Вопрос 13. Используя доступные информационные источники, уточните, какие условия проведения эксперимента в естественных науках (давление, температура и др.) считаются нормальными. Обсудите с учителем и одноклассниками, почему при нормальных условиях вода (Н20) — это жидкость, а сероводород (H2S) — газ.
Нормальные условия — стандартные физические условия, с которыми обычно соотносят свойства веществ (при нормальных условиях, при н. у., англ. Standard temperature and pressure, STP). Нормальные условия определены IUPAC (Международным союзом чистой и прикладной химии) следующим образом:
Атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Температура воздуха 273,15 K = 0° C.
При нормальных условиях объём 1 моля идеального газа составляет 22,413 996(39) дм³ (молярный объём идеального газа), а количество молекул в 1 см³ составляет 2,686 7774(47)×1019 (постоянная Лошмидта).
Также в справочниках в качестве стандартных условий может указываться температура 298 K, либо +25 °С (298,15 К). Однако такая температура не установлена IUPAC в качестве стандартной, поэтому при использовании справочных данных всякий раз необходимо уточнять, при каких значениях приводятся величины.
Например, Национальный институт стандартов и технологий США (англ. National Institute of Standards and Technology, NIST) использует температуру +20 °C (293,15 K) и давление 101 325 Па (1 атм).
Вода (Н20) — это жидкость, а сероводород (H2S) — газ. Электроотрицательность кислорода выше, чем серы, электронная плотность в молекуле воды более смещена от водорода к кислороду, чем от водорода к сере, в молекуле сероводорода. Молекулы воды образуют между собой прочные водородные связи. В сероводороде водородные связи очень слабые. Поэтому вода при комнатной температуре жидкость, а сероводород — газ.
Или такой ответ, сформулированный иначе: кислород более электроотрицательный элемент, чем сера. Поэтому между молекулами воды возникают более прочные водородные связи, чем между молекулами сероводорода, разрыв этих связей, необходимый для перехода воды в газообразное состояние, требует значительной затраты энергии, что и приводит к аномальному повышению температуры кипения воды.
Источник
В Белоруссии с гололедом будут бороться с помощью сахара
Зимой минский асфальт вместо соли будут посыпать сахаром. В этом году песчано–соляной смеси на дорогах, которая доставляет много хлопот и водителям, и пешеходам, превращая дорогу в кашу, предпочли реагент на основе мелассы (отход, получаемый при переработке сахарной свеклы). По мнению первого заместителя председателя Мингорисполкома Владимира Кухарева, в прошлом году, когда ее использовали в качестве эксперимента, она хорошо себя зарекомендовала: «Самое главное преимущество этого реагента в том, что он не вызывает коррозию металла. Поэтому мы планируем расширять сферу его применения. Постепенно он заменит стандартные песчано–соляные смеси, которые наносят определенный вред окружающей среде».
Применять такую смесь будет не только Минское городское жилищное хозяйство, но и «Горремавтодор». Для этого предприятие должно будет изучить, обеспечивает ли смесь достаточное сцепление автомобильных шин с дорогой на высоких скоростях. «Ведь одно дело посыпать дворовые территории, где машин немного и где они движутся на небольшой скорости, и другое дело — кольцевую дорогу», — заключил заместитель председателя. И уточнил, что необходимый запас щадящей смеси уже изготовило предприятие «Жилкомплект».
Руководство города отмечает, что этой разработкой НАН заинтересовались и за рубежом. Заключены уже первые контракты на поставку белорусской смеси.
У минских разработчиков есть и еще одно предложение. Речь о щебне, который может стать аналогом гранитной крошки. По сравнению с песком преимущество в том, что его можно собрать, помыть и снова использовать.
Интересно, что российские коммунальщики по–прежнему верны соли. И еще до выпадения снега дороги, к примеру, Москвы, обрабатывают жидкими реагентами — 28–процентным раствором хлористого кальция и хлористого натрия (пищевая соль). В Петербурге рискуют и иногда используют специальную смесь «Бионорд», которой, как правило, очищают тротуары. В нее входят три вида соли: хлористый кальций, хлористый магний и хлористый натрий. Солью и песком обрабатывают дороги и в Киеве.
А вот европейские страны, Австрия, Финляндия, Германия, Швеция и другие, предпочитают использовать в борьбе с гололедом фрикционный метод. Он включает в себя разбрасывание песка и прочих твердых и мелкозернистых материалов. От реагентов отказались давно: слишком много вреда нанесла химия окружающей среде. Европейцы признают, что гололед песком не устранить, но сцепление с дорогой улучшается. Главное условие для использования этой технологии — дороги нужно чистить практически до асфальта сразу после снегопада или во время него. В некоторых городах Европы даже существуют специальные ящики с гравием, расставленные для пешеходов, чтобы жители могли сами разбросать песок, если очень скользко.
С 2004 года необычный антигололедный способ использует Швеция. Местный ученый Торгейр Ваа заметил, что если мелкий песок в пропорции 7 к 3 смешать с горячей водой 90 — 950С и разбрызгивать смесь на улицах, то она, вплавляясь в снег, делает поверхность шероховатой. Такой обработки хватает на 3 — 7 дней с ежедневным трафиком около 1.500 автомобилей.
Американцы и канадцы для очистки улиц и тротуаров применяют в основном хлорид магния, который добывают на Великих соляных озерах в штате Юта. А в Японии дороги вообще не обрабатывают, а лишь счищают снег. Чтобы преодолеть гололед, местные жители натягивают специальную зимнюю обувь в виде резиновых сапог с толстой рифленой подошвой.
Кстати
Еще одна дорожная новость : скоро на регулируемых перекрестках Минска нанесут разметку необычного зеленого цвета. Она будет сообщать водителям о том, что впереди пересечение с велосипедным переездом. Для начала ее испробуют в месте наиболее интенсивного велодвижения: на перекрестке проспект Победителей — Родник.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Источник
В поисках секретного оружия против льда
5-02-2014, 21:12 | Экстремальные условия / Человек. Здоровье. Выживание | разместил: Редакция ОКО ПЛАНЕТЫ | комментариев: (0) | просмотров: (2 611)
В поисках секретного оружия против льда
Соль
Приблизительно 15 млн т соли для удаления льда используется каждый год в Соединённых Штатах. Исследование, проведённое Университетом Маркетта, показало, что соль на заснеженных трассах способна снизить количество аварий на 88% по сравнению с необработанными дорогами. Но хлорид натрия эффективен только при температуре выше -10 °C и может навредить водной флоре и фауне в результате попадания в грунтовые воды и реки, где он остаётся десятилетиями. Соль к тому же разъедает металлы, автомобили и бетон.
Сок сахарной свёклы
Вы, наверное, видели ролики, в которых демонстрируется, как свекольный сок растапливает лёд. На самом деле всё немножко не так, поясняет Стюарт Финдли из Института экосистемных исследований им. Кэри. Раствор свекольного сока играет роль «клея», к которому пристаёт соль, дабы минимизировать попадание соли в соседнюю реку. В этой роли могут выступать также патока, отходы пивоварения и прочие сахаристые вещества.
В довершение ко всему сахар снижает точку замерзания льда, поэтому соль получает возможность растопить лёд при температуре ниже -10 °C. Производители утверждают, что раствор на основе свекольного сока не оставляет пятен, несмотря на свой неприятный коричневый цвет. В то же время, к сожалению, попадая в воду, сахар привлекает микроорганизмы, которые поглощают весь окрестный кислород, из-за чего местная фауна задыхается.
Химия
В большинстве скобяных лавок вы найдёте нечто, рекламируемое как средство для удаления льда. Прежде чем покупать, взгляните на состав.
Хлорид кальция растопит снег при более низких температурах и быстрее, чем соль. А ещё он не так вреден для растений и животных. Но он разъедает металл и бетон и опасен для некоторых деревьев, а мокрый снег застывает и делает дорогу скользкой. Хлорид сам по себе, смешанный с водой, становится частью воды и не может быть оттуда извлечён, утверждают учёные. Следовательно, он будет вредить вечно.
Ацетат калия не содержит хлорида и должен применяться в качестве превентивной меры, чтобы лёд не приставал к тротуару. Этот раствор не позволяет льду формироваться при температуре до -60 °C. Он не вызывает образования ржавчины, разлагается микроорганизмами и расходуется медленнее, поскольку действует дольше. Но в связи с тем, что ацетат разлагается микроорганизмами, он приводит к снижению содержания кислорода в воде и тем вредит акважизни.
Огуречный рассол
Некоторые штаты, в частности Нью-Джерси, экспериментируют с огуречным рассолом. Да, он действует наподобие обыкновенного солевого раствора. Как и каменная соль, он растапливает лёд при температуре до -20 °C, к тому же предотвращает прилипание льда и снега к тротуару, так что дворникам меньше работы. Использование рассола снижает также попадание хлорида в окружающую среду на 15–30%.
Сырный рассол
Сырный рассол — это, чтоб вы знали, подсоленная вода, в которой плавают мягкие сыры (моцарелла и др.). Его применяют, например, в Висконсине. Местные чиновники и фермеры обнаружили, что такой рассол замерзает при лишь -30 °C. Недостаток у него только один — запах. Но пока никто не жаловался.
Сделай сам!
National Geographic рекомендует, не дожидаясь коммунальных служб, самостоятельно очистить дорожки от снега и льда с помощью солевых растворов с добавлением патоки или свекольного сока. Постарайтесь добиться максимального эффекта с минимальным использованием соли!
Подготовлено по материалам National Geographic.
Источник
