litceysel.ru
добавить свой файл
1


Департамент образования города Москвы

Восточное окружное управление образования

ГОУ специальная (коррекционная) общеобразовательная школа - интернат II вида № 30 им. К.А. Микаэльяна


Исследовательская работа на тему:

«Изучение влияния разных типов воды на всхожесть семян и рост растений»


Выполнил: ученик 10 класса

Крылов Илья Константинович

Руководитель: Губарева Елена Юрьевна

учитель биологии и экологии, победитель ПНПО 2008 года


Москва 2009 год

Содержание


Введение 3

Теоретическая часть


  1. Свойства воды 4 - 7

  2. Особенности различных типов воды 7 - 10

Практическая часть

  1. Приготовление талой воды 11

  2. Определение влияния различных типов воды на

всхожесть семян 11 - 13

  1. Изучение влияния талой воды на рост и развитие корней 13 - 17

Выводы 18

Литература 19

Приложение 20


Введение

Воде была дана волшебная власть стать
соком жизни на Земле.
Леонардо да Винчи

Когда тает весной снег, все просыпается, начинает расти и цвести, поэтому все считают, что талая вода оказывает положительное действие на растения. Вода единственное вещество на земле, которое одновременно и в больших количествах встречается в жидком, твердом и газообразном состояниях. Она находится в вечном круговороте. Растения являются самыми активными участниками этого великого природного процесса.

Очень велика роль водных растворов в биологической среде, они являются основой почвенных процессов, передвижения веществ, прорастания семян и т. д. Вода сплошь и рядом “нарушает” известные физические законы. Одной из таких аномалий являются лед и снег.


Мы очень заинтересовались свойствами снега и льда, так как из литературы и рассказов знакомых огородников нам известно, что на растения хорошо влияет полив талой водой. Есть рекомендации и в популярной литературе по поливу талой водой, например в книгах по садоводству [1].

Поэтому целью данной работы было:

1. Определить влияние разных типов воды на всхожесть семян.

2. Выяснить разницу во влиянии водопроводной, дистиллированной, дождевой и талой воды и снега на укоренение растений.

Задачи:

1. Определить, в какой из типов воды - лучше прорастают семена.

2. Определить, есть ли разница в размерах корней и ростков в разных водных растворах.

3. Выяснить есть ли разница в количестве образовавшихся корней в разных вариантах опыта.


II. Теоретическая часть.

1. Свойства воды.
Вода – самое распространенное и самое загадочное вещество на Земле: ¾ поверхности планеты покрыто морями, океанами, реками, ледниками. Кроме того, вода в больших количествах содержится в земной коре, образуя подземные озера и пропитывая водоносные слои пород. Общее содержание воды на Земле составляет примерно 1500 млн. км3 (1,45∙1018 м3).

Внешне вода, кажется, достаточно простой, в связи, с чем долгое время считалась неделимым элементом. Лишь в 1766 году Г. Кавендиш (Англия) и затем в 1783 году А. Лавуазье (Франция) показали, что вода не простой химический элемент, а соединение водорода и кислорода в определенной пропорции. После этого открытия химический элемент, обозначаемый как Н, получил название "водород" (Hydrogen - от греч. hydro genes), которое можно истолковать как "порождающий воду". Она не подчиняется никаким законам физики и химии, обладает, как говорят ученые, аномальными свойствами. По законам химии она должна кипеть при температуре – 76 °С, и замерзать при температуре – 90 °С. Но мы знаем, что вода замерзает при 0 °С, а кипит при 100 °С. Современные исследования показали, что за незатейливой химической формулой Н2О скрывается вещество, обладающее уникальной структурой и не менее уникальными свойствами.


Не менее интересен и изотопный состав воды. Если принимать в расчет только стабильные изотопы, то их сочетание даст девять сортов молекул, основную массу которых составляет молекулы протиевой (легкой) воды с кислородом-16 – 99,727%. Если рассматривать только более тяжелые молекулы, то окажется, что на три из них приходится 99% от общего  объема тяжелых молекул – H2 18О (73,5%), H2 17О (14,7%) и HD16О (11,5%). В воде пресноводных источников содержание тяжелой воды составляет, обычно, около 330 мг/л (в расчете на молекулу HDO), а тяжелокислородной (Н2 18О) – около 2 г/л.

        Так в чем же заключаются загадочные, необычные свойства привычной всем жидкой воды? Прежде всего, в том, что практически все свойства воды аномальны, а многие из них не подчиняются логике тех законов физики, которые управляют другими веществами. Кратко упомянем те из них, которые обуславливают существование жизни на Земле.
        Первая особенность: вода - единственное вещество на Земле (кроме ртути), для которого зависимость удельной теплоемкости от температуры имеет минимум (370С), из-за этого нормальная температура человеческого тела, состоящего на две трети из воды, находится в диапазоне температур 36-38оС (внутренние органы имеют более высокую температуру, чем наружные).
        Вторая особенность: теплоемкость воды аномально высока. Чтобы нагреть определенное ее количество на один градус, необходимо затратить больше энергии, чем при нагреве других жидкостей, - по крайней мере вдвое по отношению к простым веществам. Из этого вытекает уникальная способность воды сохранять тепло. Подавляющее большинство других веществ таким свойством не обладают. Эта исключительная особенность воды способствует тому, что у человека нормальная температура тела поддерживается на одном уровне и жарким днем, и прохладной ночью.

Третья особенность: вода обладает высокой удельной теплотой плавления, то есть воду очень трудно заморозить, а лед - растопить. Благодаря этому климат на Земле в целом достаточно стабилен и мягок.

        Все три особенности тепловых свойств воды позволяют человеку оптимальным образом существовать в условиях благоприятной среды.
        Имеются особенности и в поведении объема воды. Плотность большинства веществ - жидкостей, кристаллов и газов - при нагревании уменьшается и при охлаждении увеличивается, вплоть до процесса кристаллизации или конденсации. Плотность воды при охлаждении от 100

до 4 оС (точнее, до 3,98 оС) возрастает, как и у подавляющего большинства жидкостей. Однако, достигнув максимального значения при температуре

4 оС, плотность при дальнейшем охлаждении воды начинает уменьшаться. Другими словами, максимальная плотность воды наблюдается при температуре 4 оС (одна из уникальных аномалий воды), а не при температуре замерзания

        Замерзание воды сопровождается скачкообразным уменьшением плотности более чем на 8%, тогда как у большинства других веществ процесс кристаллизации сопровождается увеличением плотности. В связи с этим лед (твердая вода) занимает больший объем, чем жидкая вода, и держится на ее поверхности, образуя  своего рода плавающее одеяло, защищающее реки и водоемы от дальнейшего замерзания и сохраняющего жизнь подводному миру. Если бы плотность воды увеличивалась при замерзании, лед оказался бы тяжелее воды и начал тонуть, что привело бы к гибели всех живых существ в реках, озерах и океанах, которые замерзли бы целиком, а Земля стала ледяной пустыней, что неизбежно привело бы к гибели всего живого.

       Однако только анализ строения молекулы воды позволяет понять ее исключительность в живой и неживой природе. Прежде всего отметим, что молекула воды самая маленькая среди подобных трехатомных молекул. Такие молекулы при нормальных условиях образуют газы, а молекулы воды - жидкость. Почему? Потому, что  при конденсации воды, формируется жидкое вещество удивительной сложности. Это связано с тем, что молекулы воды обладают уникальным свойством объединяться в группы (Н2О)x.       


При комнатной температуре степень ассоциации X для воды составляет, по современным данным, от 3 до 6. Это означает, что формула воды не просто Н2О, а среднее между Н6О3 и Н12О6. Другими словами, вода - сложная жидкость, "составленная" из повторяющихся групп, содержащих от трех до шести одиночных молекул.

        Если бы вода при испарении оставалась в виде Н6О3, Н8О4 или Н12О6, то водяной пар был бы намного тяжелее воздуха, в котором доминируют молекулы азота и кислорода. В этом случае поверхность всей Земли была бы покрыта вечным слоем тумана. Представить себе жизнь на такой планете практически невозможно.
При испарении  группы H6O3, H8O4 распадаются, и вода превращается практически в простой газ с химической формулой Н2О. Плотность газообразной воды меньше плотности воздуха, и поэтому вода способна насыщать своими молекулами земную атмосферу, создавая комфортные для человека погодные условия.
2. Особенности разных типов воды.
      Талая вода.
  Она рождается при таянии льда и сохраняет температуру 0 оС, пока весь лед не растает. Специфика межмолекулярных взаимодействий, характерная для структуры льда, сохраняется и в талой воде, так как при плавлении кристалла разрушается только 15% всех водородных связей. Поэтому присущая льду связь каждой молекулы воды с четырьмя соседними ("ближний порядок") в значительной степени не нарушается.

        Таким образом, талая вода отличается от обычной изобилием многомолекулярных групп, в которых в течение некоторого времени сохраняются рыхлые льдоподобные структуры. После таяния всего льда температура воды повышается и водородные связи внутри групп перестают противостоять возрастающим тепловым колебаниям атомов. Размеры групп изменяются, и поэтому начинают меняться свойства талой воды: диэлектрическая проницаемость приходит к своему равновесному состоянию через 15-20 минут, вязкость - через 3-6 суток. Биологическая активность талой воды спадает, по одним данным, приблизительно за 12-16 часов, по другим - за сутки.

        Итак, физико-химические свойства талой воды самопроизвольно меняются во времени, приближаясь к свойствам обычной воды: она постепенно как бы "забывает" о том, что еще недавно была льдом.
        Лед и пар - различные агрегатные состояния воды, и поэтому логично предположить, что в жидкой промежуточной фазе валентный угол отдельной молекулы воды лежит в диапазоне между значениями в твердой фазе и в паре. В кристалле льда валентный угол молекулы воды близок к 109,5о. При таянии льда межмолекулярные водородные связи ослабевают, расстояние Н-Н несколько сокращается, валентный угол уменьшается. При нагревании жидкой воды происходит разупорядочение структуры, и этот угол продолжает уменьшаться. В парообразном состоянии валентный угол молекулы воды составляет уже 104,5о.
       Кроме того, в талой воде, нет дейтерия – тяжёлого элемента, который подавляет всё живое и приносит серьёзный вред организму. Дейтерий в больших концентрациях равнозначен самым сильным ядам. Дейтерий тяжело усваивается, что требует дополнительного расхода энергии. Учёными установлено, что даже частичное удаление дейтерия освобождает большие энергетические резервы и значительно стимулирует жизненные процессы в организме человека. Талая же вода сама по себе обладает большой внутренней энергией и обеспечивает человеку хорошую энергетическую подпитку. Дело в том, что ставшие однородными молекулы не мешают друг другу, а движется в резонансе, работают в одной и той же частоте, вырабатывая в результате больше чем при хаотическом движении количество энергии .

Дождевая вода мягкая, она имеет слабокислую реакцию, она обогащена кислородом (приблизительно в 10 раз больше по отношению к колодезной воде). Во все времена она считалась лучшей для полива и других технических нужд, которые возникают в условиях индивидуального дома. Но в настоящее время в дождевой воде могут содержаться примеси отходов химической промышленности, продукты сгорания твердого или жидкого топлива. Эти продукты находятся в атмосфере и оседают на крышах зданий, с которых происходит сбор дождевой воды. Особенно опасны примеси цемента и извести, из-за которых вода становится жесткой и практически полностью теряет свою ценность. Поэтому прежде чем применить дождевую воду, лучше всего сделать ее анализ, особенно в промышленных районах РФ.


Колодезная вода обычно содержит большое количество минеральных веществ. Насыщение колодезной воды минеральными веществами происходит, когда дождевая вода, проникая через грунт, растворяет содержащиеся в почве минералы и после этого попадает в водоносные грунты. Такую воду, прежде чем употреблять на хозяйственные нужды, следует проверить в лаборатории. Это правило в равной степени относится и к родниковой воде.

Речная или озерная вода кроме минеральных загрязнений может содержать промышленные и бытовые отходы, опасные для людей, животных и растений. Поэтому всегда следует соблюдать меры предосторожности и профилактики.




II. Практическая часть.

  1. Приготовление талой воды.

В литературе описано большое количество способов приготовления талой воды. Нами был выбран наименее трудоемкий способ избавления воды от дейтерия и других примесей.
Для приготовления талой воды брали небольшое количество водопроводной воды, которую отстаивали в течение нескольких часов (для освобождения от растворенных газов), затем ее охлаждали в холодильнике до появления первого льда. Этот лед вылавливали и выбрасывали, так как в нем концентрируются те примеси, которые «предпочитают» твердую фазу (это дейтерий). Оставшуюся воду морозили дальше, пока большая ее часть (но не вся) превращалась в лед. Этот лед вылавливали и использовали по назначению. Оставшуюся жидкость выливали, так как в ней концентрируются примеси «предпочитающие» жидкую фазу.

2. Определение влияния талой воды на всхожесть семян.

Для проведения опыта были взяты семена кресс-салата, так как они «проклевываются» через сутки и их не надо калибровать (одного размера), а также откалиброванные семена фасоли. Семена по 50 штук салата и 10 штук фасоли поместили в чашки Петри, на дно которых положили фильтровальную бумагу, затем семена заливали дистиллированной , водопроводной и талой водой. При этом надо отметить, что дистиллированную воду брали из медицинских ампул, водопроводную воду отстаивали в течение нескольких часов, а талую получали в результате таяния кусочков льда. Семена салата выдерживали в течение суток при комнатной температуре, фасоли в течение трех суток, после чего посчитали средний процент всхожести семян. Для получения более точных результатов опыты ставили в трех параллелях. Данные опыта занесли в таблицу 1 и 2.



Таблица 1.

Влияние разных типов воды на всхожесть семян салата.




Талая вода

Дистиллированная вода

Водопроводная вода



дата

1

2

3

сред

%

4

5

6

сред

%

7

8

9

сред

%

18.09

50

49

49

49,3

98,6

48

49

48

48,3

96,7

50

50

47

49

98


Таблица 2.

Влияние разных типов воды на всхожесть семян фасоли.




Дистиллированная вода

Талая вода

Водопроводная вода



дата

1

2

3

Сред

%

4

5

6

сред

%

7

8

9

сред

%

18.09

10

9

9

9,33

93,3

10

10

9

9,67

96,7

10

9

10

9,67

96,7

Дополнительно в ноябре были проведены те же опыты с талой водой, полученной из снега и дождевой водой. Для того, чтобы уменьшить антропогенное воздействие на воду, снег брали во дворе школы (150м. от дороги), а дождевую воду привезли из Подмосковья (25 км. от Москвы и 300 м. от шоссе). Данные занесли в таблицу 3

Таблица 3.

Влияние снега и дождевой воды на всхожесть семян.




Снег

Дождевая вода




1

2

3

сред

%

4

5

6

сред

%

фасоль

10

9

10

9,67

96,7

10

10

10

10

100

салат

50

49

49

49,3

98,6

50

50

49

49,6

99,3



Влияние разных типов воды на всхожесть семян фасоли и салата.



Из таблиц и диаграмм видно, что во всех опытах наблюдается высокий процент всхожести семян салата и фасоли. Самую лучшую всхожесть дали семена, проращиваемые в дождевой воде. Можно предположить, что на всхожесть повлияло увеличенное содержание кислорода в дождевой воде [5].

  1. Изучение влияния талой воды на рост и развитие корней.

Сразу после прорастания семян начали наблюдать за ростом и развитием корней. Для удобства наблюдений и измерений в данном опыте использовали только проростки фасоли, которые поместили в специальные контейнеры. Наблюдения начали со второго дня, после постановки опыта и вели в течение недели. Замеры проводили каждый день. Для точности результатов опыт повторяли три раза, усредненные данные опыта занесли в таблицу 5. Здесь также были проведены опыты со снегом и дождевой водой, данные занесли в таблицу 4



Таблица 4.

Влияние снега и дождевой воды на рост и развитие фасоли.




Дождевая вода

Снег




Длина ростка, мм

Длина корней, мм

Длина ростка, мм

Длина корней, мм

03.12

46

46

22

25

04.12

56

55

52

30

05.12

112

55

118

88

06.12

184

87

210


88

07.12

306

95

293

89


Из таблицы 4 видно, что более активный рост наблюдается в дождевой воде. В воде из снега наблюдается небольшое отставание в росте корней и ростка.

Таблица 5.

Влияние разных типов воды на рост и развитие фасоли.




Дистиллированная вода

Талая вода

Водопроводная вода




Длина ростка, мм

Длина корней, мм

Длина ростка, мм

Длина корней,

мм

Длина ростка, мм

Длина корней, мм

22. 10

42

46

22

22

52

33


23. 10

82

55

51

30

108

51

24. 10

112

55

118

80

208

51

25. 10

130

55

219

82

312

70

26. 10

150

55

240

85

341

90



Влияние разных типов воды на рост ростка фасоли.




Влияние разных типов воды на рост корней фасоли.


Из таблицы 5 видно, что корень начал быстрее расти в дистиллированной воде, затем его рост остановился. В талой воде наблюдается обратная картина, вначале рост корня был замедлен, а затем он почти сравнялся по длине с длинной корня в водопроводной воде. Такая же картина наблюдалась и при наблюдении за ростом ростков. В начале более интенсивный рост наблюдался в дистиллированной воде, затем он замедлился. В талой наоборот сначала рост был замедлен, а затем длина ростков сравнялась с длиной ростков в водопроводной воде. Отсюда можно сделать вывод, что в дистиллированной воде рост корней и ростков замедляется (или прекращается) в связи с нехваткой питательных веществ необходимых для роста и развития растений. В водопроводной воде есть необходимые для роста и развития вещества, поэтому растений продолжает расти. Рост корней и ростков в талой воде можно объяснить запасом внутренней энергии молекулой воды и отсутствием дейтерия, что обеспечивает энергетическую подпитку растениям.

В этом же опыте вели наблюдение и за количеством появившихся корней. Данные занесли в таблицу 6, из которой видно, что общее количество корней ненамного больше в дождевой и водопроводной воде, поровну в воде из снега и талой. Различно временя и их появления. Из чего можно сделать вывод, что на образование корней влияет содержание питательных веществ и количество кислорода в воде.

Таблица 6

Развитие корневой системы фасоли в различных видах воды.


Число корней в воде из снега

Число корней в дистиллированной воде

Число корней в талой воде

Число корней в водопровод-ной воде

Число корней в дождевой воде

7


4

6

6

4

3

4

3

4

5

3

1

1

1

4

2

3

2

3

3

-

1

3

3

4

Итого: 15

13

15

17

20



Развитие корневых систем фасоли и различных типах воды.




Выводы:

Из проделанной работы можно сделать следующие выводы:


  1. Семена фасоли и салата в различных типах воды дали достаточно высокую всхожесть. Самая высокая всхожесть семян фасоли наблюдалась в дождевой воде. Можно предположить, что это связано с увеличенным содержанием в ней кислорода или загрязнением воды примесями.

  2. Наиболее активный рост корней, их развитие и рост ростков наблюдался в дождевой воде. Можно предположить, что хоть она и бралась далеко от Москвы, но в ней все же есть примеси повлиявшие на рост корней и ростков.



Литература.
1. Ауэрбах Ф. Семь аномалий воды. - СПб., 1919.
2. Габуда С.П. Связанная вода. Факты и гипотезы. - Новосибирск: Наука, 1982.
3. Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды. - М.: МГУ, 1998.
4. Синюков В.В. Вода известная и неизвестная. - М.: Знание, 1987.
5. Белянин В.С., Романова Е. Золотая пропорция. Новый взгляд // Наука и жизнь, 2003, № 6.
6. http://nauka.relis.ru/cgi/nauka.pl?52+0306+52306082+HTML
7. Вода: структура, состояние, сольватизация. Достижения последних лет. - М.: Наука, 2003.


Приложение 1

ДЕЙТЕРИЙ (от греческого deuteros-второй) (тяжелый водород) D, стабильный изотоп водорода с нуклеарной массой 2 ат. ед.

Ядро атома дейтерия - дейтерон состоит из одного протона и одного нейтрона, причём энергия связи между ними равна 2,23 МэВ. 33 м2,) 53.10Поперечное сечение ядерной реакции (n, 32 м2 (дляпоперечное сечение захвата тепловых нейтронов дейтеронами 15.10 29м2). Молекула двухатомна, длина связи 0,07417 нм; основнаяпротонов 3.10 1; энергия диссоциации 440частота колебаний атомов в молекуле 3118,46 см 73 (293,15 К). С другимикДж/моль, константа диссоциации К = p2D/pD2 = 4,173.10 изотопами водорода дейтерий образует молекулы протодейтерия HD (мол. м. 3,02205) и дейтеротрития DT (мол. м. 5,03034). В прибрежной морской воде соотношение D/(D 6, в6, в поверхностных водах - (132-151).10+ Н) составляет (155-156).10 6.природном газе - (110-134).10


Свойства. Коэффициент сжимаемости дейтерия (pV/RT)при 273,15 К: 1,0121 (2,0266 МПа), 1,0624(10,133 МПа), 1,130(20,266 МПа). С° [в Дж/(моль.К)]: 20,81 (20 К), 30,11 (100 К), 29,30 (298 К); теплопроводность 2 мПа.с (293,15 К). 1,23.100,135 Вт/(м.К) (25 К);

Дейтерий растворяется в жидкостях (например, в бензоле, толуоле, октане, гептане, ССl4, CS2) лучше, чем газообразный водород, причем это различие возрастает с понижением температуры.

Молекула дейтерия может находиться в орто- и пара-состояниях. Ортодейтерий (o-D2) имеет параллельную (одного знака) ориентацию ядерных спинов, а парадейтерий (п-D2) -антипараллельную. Это обусловливает различие магнитных, оптических и термических свойств различных модификаций дейтерия. При обычных условиях дейтерий (нормальный Д., н-D2) представляет собой смесь 2/3 орто- и 1/3 пара-модификаций, которые могут взаимно превращаться друг в друга (орто-пара-превращение). Каждой данной конфигурации соответствует определенный равновесный состав (равновесный дейтерий, p-D2). Так, доля п-D2 составляет: 0,333 (при 300 К), 0,251 (60 К), 0,148 (40 К), 0,019 (20 К). При низких температурах термодинамически стабилен o-D2. Самопроизвольное орто-пара-превращение дейтерия при низких температурах происходит очень медленно, что позволяет получить жидкий дейтерий, близкий по составу к нормальному. Орто-пара-превращение ускоряется в присутствии катализаторов (Fe, Сr, Со, Мn, Pd).