Czy woda jest mieszaniną?

Destylacja solarna nie tylko na Sri Lance
780 milionów ludzi na świecie nie ma dostępu do wody pitnej dostatecznie dobrej jakości. 97% wody na naszej planecie to niezdatna do picia woda słona. W obliczu wzrostu poziomu konsumpcji wody na świecie, znalezienie sposobów na odsalanie wody słonej może być jednym z najważniejszych wyzwań, przed jakimi stanie ludzkość. W przypadku Sri Lanki to już teraźniejszość – na otoczonej słonymi wodami Oceanu Indyjskiego wyspie występują niewielkie opady. Mieszkańcy wyspy korzystają z technik gromadzenia wody, ale - dzięki stałym wysokim temperaturom i słońcu - mogą uzyskiwać wodę słodką na jeszcze jeden sposób, nie musząc przy tym uciekać się do drogich technologii destylacji.
Aby uzyskać wodę pitną ze słonej (lub bachicznej, czyli wody słodkiej zmieszanej ze słoną) wykorzystują liczącą 2000 lat tradycję destylacji wody morskiej (dawniej służyła ona pozyskiwaniu soli). Metoda to wymaga energii w postaci ciepła, pochodzącego np. z promieni słonecznych, potrzebny jest także zbiornik z ocynkowanej blachy, z pochyłą, szklaną pokrywą. Woda paruje, skrapla się na pokrywie i spływa do rury odprowadzającej, zaś sól pozostaje w środku. Destylator produkuje 8-10 litrów wysokiej jakości wody dziennie, wolnej od soli, bakterii i związków azotowych.

Cele w języku ucznia
● dowiem się, w jaki sposób rozdzielać składniki mieszanin niejednorodnych i jednorodnych,
● poznam sposoby uzyskiwania wody pitnej z mieszanin niezdatnych do picia,
● dowiem się, jakie znaczenie ma umiejętność uzdatniania wody do picia.

Kryteria sukcesu:
● rozróżniam mieszaninę jednorodną od niejednorodnej,
● potrafię rozdzielić mieszaninę na składniki wyjściowe i nazwać sposób jej rozdzielenia,
● formułuję obserwacje i wyciągam wnioski na podstawie wykonanego doświadczenia,
● umiem wymienić 2 metody oczyszczania wody.

Podstawowe pojęcia:
mieszanina jednorodna, mieszanina niejednorodna, sączenie, sedymentacja, dekantacja, krystalizacja, destylacja, adsorpcja, destylacja, woda pitna, woda słodka, woda słona.

Pytania kluczowe:
1. Czy woda jest mieszaniną?
2. Co mogę zrobić, by zapewnić sobie i innym dostęp do czystej wody pitnej?

Środki dydaktyczne:
1. Sprzęt i naczynia laboratoryjne:
rozdzielacz, zlewki, lejek, lejek z sączkiem, magnes, bagietka, sączki, pęseta, gruszka, gaza.
2. Substancje chemiczne:
mieszanina wody słonej, mieszanina wody z gliną, woda destylowana, olej, woda z kranu, sól kuchenna, kasza, opiłki żelaza, kreda, atrament, węgiel aktywny, piasek, ziemniak pokrojony drobno w kostkę.
3. Pozostałe pomoce:
film obrazujący trudności w dostępie do dobrej jakości wody pitnej http://dlaklimatu.pl/jedna-planeta-jedna-cywilizacja-fragmenty-filmu/, tekst opisujący historię pana Jayaratne z Andargasyaya na Sri Lance, karty pracy do przeprowadzenia doświadczeń i pracy z tekstem.

Moduł I. Mieszaniny jednorodne i niejednorodne
Czas trwania: 10 minut
Metody:
● Prezentacja trzech zlewek zawierających wodę z gliną, wodę słoną oraz wodę destylowaną. Zadaniem uczniów i uczennic jest określenie, która zlewka zawiera mieszaninę niejednorodną, która jednorodną, a która substancję czystą.
● Projekcja fragmentu filmu Jedna planeta – jedna cywilizacja. Zadaniem młodzieży jest obejrzenie filmu i wynotowanie, jakiego rodzaju ciecze się w nim pojawiają lub o jakich jest mowa.
● Dyskusja po filmie wokół następujących pytań:
- Jakiego rodzaju mieszaniny pojawiły się w filmie? (możliwe odpowiedzi: deszczówka, zamulona woda w jeziorze, mleko itd.)
- Które z nich można bezpośrednio użyć do przygotowania obiadu, np. ugotowania fasoli czy ryżu?
- Co można zrobić w związku z brakiem dostępu do czystej wody lub dostępem jedynie do wody zasolonej albo zabrudzonej?
● W podsumowaniu dyskusji wskazanie, że czystą wodę można otrzymać poprzez stosowanie metod rozdzielania mieszanin.

Moduł II. Rozdzielanie mieszanin – doświadczenia uczniowskie
Czas trwania: 17 minut
Metody:
● Podział na 5 zespołów zadaniowych. Zespoły otrzymują po jednym zestawie zawierającym przygotowaną mieszaninę, sprzęt i substancje pozwalające ją rozdzielić, kartę pracy dla zespołu oraz tabelę dla każdej osoby w zespole (załącznik nr 1 oraz załącznik nr 2).
● Wykonywanie doświadczeń i zespołowe uzupełnianie kart pracy.
● Dzielenie się wynikami na forum – reprezentant każdego zespołu uzupełnia jeden wiersz w tabeli wcześniej rozrysowanej na tablicy (załącznik nr 2), pozostali uczniowie i uczennice uzupełniają na tej podstawie własne tabele.

Moduł III. Destylacja słoneczna
Czas trwania: 15 minut
Metody:
• Prezentacja schematu przedstawiającego sprzęt do destylacji słonecznej (załącznik nr 3).
• Zadaniem uczniów i uczennic jest sformułowanie pomysłów na to, w jaki sposób działa taki zestaw. W podsumowaniu wytłumaczenie pojęcia destylacja.
• Praca z tekstem przedstawiającym historię pana Jayaratne z Andargasyaya na Sri Lance (załącznik nr 4) i z kartami pracy (załącznik nr 5)
• Odczytanie przez chętne osoby wypełnionej karty.
• Dyskusja podsumowująca wokół następujących pytań:
- Jak wygląda życie bez dostępu do wody z kranu? Jak wpływa to na zdrowie ludzi i ich plan dnia?
- Co zyskują osoby, które w warunkach ograniczonego dostępu do czystej wody są w stanie samodzielnie oczyścić dostępne ciecze?
- Jakie działania mogę podjąć, aby zapewnić sobie i innym dostęp do wody pitnej?

Ewaluacja zajęć
Czas trwania: 3 minuty
Zadaniem uczniów i uczennic jest dokończenie poniższych zdań i zapisanie ich w zeszytach:
- Najbardziej podobało mi się ćwiczenie…
- Najtrudniejszym ćwiczeniem dla mnie było…
- W trakcie zajęć pojawiło mi się pytanie…
- Dzisiejsze zajęcia kończę z miną…

Praca domowa (1 do wyboru)
1. Wyszukaj alternatywne metody oczyszczania wody.
2. Opracuj schemat zestawu do destylacji, który można wykonać, wykorzystując materiały dostępne w domu. Pomocny w tym zadaniu będzie m.in. następujący film http://www.youtube.com/watch?v=4sqRvUzqDCE.

Propozycja działania uczniowskiego rozwijającego wątki poruszone na zajęciach
Zbudujcie solarną destylarkę wodną i sprawdźcie, ile wody możecie z niej uzyskać w ciągu dnia, tygodnia, miesiąca. Jak na wydajność destylacji wpływa nasłonecznienie? Czy przedestylowana woda słona smakuje tak samo jak przedestylowana woda zabrudzona błotem?

Kontynuacja na innych przedmiotach
• Fizyka (skraplanie, przejścia fazowe) - II. Energia.
• Biologia (znaczenie wody dla organizmów, oszczędzanie wody) - Związki chemiczne budujące organizmy oraz pozyskiwanie i wykorzystanie energii; IV. Ekologia.
• Geografia (mapa z dostępem do wody pitnej) - Mapa – umiejętność czytania i interpretacji mapy; Wybrane zagadnienia geografii fizycznej.

Źródła:
• Aktualne statystyki dot. dostępu do wody na świecie http://www.wateraid.org/
• Schemat budowy solarnej destylarki http://practicalaction.org/solar-water-distillation-in-sri-lanka
• film o trudnościach w dostępie do wody w Ghanie http://sos.wwf.pl/filmy?id=26
• informacje od dostępie do zasobów wody słodkiej w Polce http://www.aqua.celmax.pl/zasoby.htm
• projekty zestawów odsalających wodę http://designcake.pl/solarny-destylator oraz http://maxmania.pl/publikacje/ekologia/odsalanie-wody-morskiej-ugasi-pragnienie-milionow-ludzi