درسنامه آموزشی شیمی (1) کلاس دهم رشته ریاضی و تجربی
فصل سوم: ردپای آب در زندگی
آیا میدانید روزانه چند لیتر آب مصرف میکنید؟ آیا مصرف آب، تنها شامل میزان آبی است که مینوشید؟ هر فرد، روزانه در حدود 350 لیتر آب مصرف میکند. این مقدار آب افزون بر نوشیدن، شامل پخت و پز، شستشو در آشپزخانه، نظافت، شستشوی لباس و... است.
مصرف آب به فعالیتهای روزانه هر شخص محدود نمیشود، بلکه روزانه در صنایع گوناگون، حجم بسیار زیادی آب استفاده میشود. در میان صنایع، صنعت کشاورزی بیشترین حجم آب مصرفی را به خود اختصاص داده است. بررسیها نشان میدهند که برای تولید هر وسیله، کالا یا فراورده مقدار معیین آب نیاز است (شکل 24).
آیا میدانید
ردپای آب در جهان برای یک سال در حدود $7\times {{10}^{15}}$ لیتر است. این ردپا برای کشورهایی مانند چین و هند به دلیل جمعیت زیاد و در کشورهای توسعه یافته به دلیل حجم فعالیتهای صنایع گوناگون، سنگینتر و بزرگتر است.
همانند ردپای کربن دی اکسید، برای هر فرد، ردپای آب نیز تعریف میشود. در واقع، ردپای آب نشان میدهد که هر فرد چه مقدار از آب قابل استفاده و در دسترس مصرف میکند و در نتیجه چه مقدار از حجم منابع آب کم میشود. این میزان، همۀ آبی را که در تولید کالاها، ارائه خدمات و فعالیتهای گوناگون مصرف میشود، نشان میدهد. برای مثال اگر شما سالانه 150 کیلوگرم گندم مصرف کنید، ردپای آب شما در تولید این مقدار گندم برابر با 274500 لیتر خواهد بود. با حساب کردن همۀ آب مصرفی در زندگی سالانه هر فرد میتوان میانگین ردپای آب او را برآورد کرد. هر چه رد پای آب ایجاد شده، سنگینتر باشد، منابع آب شیرین بیشتر مصرف میشوند و زودتر به پایان میرسند. برآوردهای پژوهشگران نشان میدهد که میانگین ردپای آب برای هر فرد در یک سال در حدود 1/000/000 لیتر است.
این ردپا شامل همه آبهای مصرفی در کشاورزی، دامداری، نساجی، بهداشت، خانه، مدرسه، دانشگاه و... است که همگی از آبهای سطحی یا زیرزمینی تأمین میشود. توجه کنید که آب آشامیدنی با آب مصرفی در دیگر صنایع متفاوت است؛ بهطوری که ممکن است آبی برای شستشو مناسب باشد اما آشامیدنی نباشد. هر چند که آب دریاها و اقیانوسها، منبع بسیار بزرگی برای تهیۀ آب به شمار میآیند، اما به اندازهای شور هستند که باید قبل از مصرف، نمکزدایی و تصفیه شوند.
هنگامی که میـوههای خشک مانند مویز درون آب قرار میگیرند، مولکولهای آب، خود بـه خود از محیط رقیق با گذر از روزنههای دیوارۀ سلولی به محیط غلیظ میروند. در نتیجه، میوه آبدار و متورم میشود. گذرندگی (اسمز) نامی است که به این فرایند دادهاند. در این فرایند، برخی نمکها، ویتامینها و... از بافت میوه به آب راه مییابد.
پیوند با زندگی
هنگامی که حبوبات و میوههای خشک را برای مدتی درون آب قرار میدهیم، متورم میشوند در حالی که خیار در آب شور چروکیده میگردد (شکل 25). آیا تاکنون اندیشیدهاید که در این پدیدهها چه رخ میدهد؟
دیوارۀ یاختهها در گیاهان روزنههایی بسیار ریز دارد که ذرههای سازندۀ مواد میتوانند از آن گذر کنند. به گونهای که این روزنهها فقط اجازۀ گذر به برخی از ذرهها و مولکولهای کوچک مانند آب و یونها را میدهند و از گذر مولکولهای درشتتر جلوگیری میکنند. این دیوارهها غشای نیمه تراوا نامیده میشوند (شکل 26).
با هم بیندیشیم (صفحهٔ 118 کتاب درسی)
1- مطابق شکل زیر، حجمهای برابری از آب دریا و آب مقطر به وسیلۀ یک غشای نیمه تراوا از یکدیگر جدا شدهاند.
آ) اگر از این غشا یونهای سدیم و کلرید نتوانند بگذرند، با گذشت زمان چه رخ میدهد؟
با گذشت زمان مولکولهای آب از سمت راست غشای نیمه تراوا (رقیق) به سمت چپ (محیط غلیظ) انتقال مییابند و ارتفاع آب در بخش غلیظ افزایش یافته و محلول رقیقتر میشود.
ب) آیا با این روش میتوان آب دریا را نمک زدایی و آب شیرین تهیه کرد؟ چرا؟
خیر - با گذشت زمان مولکولهای آب از غشای نیمه تراوا عبور کرده و حجم آب دریا بیشتر و غلظت آن کاهش مییابد ولی آب دریا، شیرین نمیشود.
پ) بر اساس شکل زیر، اگر بر پیستون نیرو وارد کنیم، چه رخ میدهد؟ چرا؟ مینامند؟
با اعمال فشار، مولکولهای آب از غشا عبور کرده و آب شور، شیرین میشود. یعنی مولکولهای آب از محیط غلیظ به محیط رقیق جابه جا میشوند.
ت) چرا فرایند انجام شده در قسمت «پ» را اسمز وارونه (معکوس) مینامند؟
به عبور دادن آب از محلول غلیظ به رقیق با اعمال نیرو (فشار) اسمز معکوس میگویند با استفاده از این روش، بر خلاف روش اسمز، آب از محلول غلیظ وارد محلول رقیق میشود (اسمز معکوس بر خلاف اسمز، غیر خود به خودی و با اعمال فشار انجام میگیرد).
| انتقال مولکول آب | حجم و ارتقاع محلول رقیق | ارتقاع محلول غلیظ | ||
|---|---|---|---|---|
| اسمز | از محیط رقیق به غلیظ | کاهش | افزایش | خودبه خودی |
| اسمز معکوس | از محیط غلیظ به رقیق | افزایش | کاهش | غیر خود به خودی |
2- با توجه به شکل زیر، چگونگی تولید آب شیرین از آب دریا را توضیح دهید.
آب شور با فشار و توسط پمپ وارد محفظه شده و طی فرایند اسمز معکوس، مولکول های آب از غشای نیمه تراوا عبور کرده و به صورت آب شیرین از پایین خارج میشود.
آیا میدانید
برخی شرکتها و فروشندگان دستگاههای تصفیۀ آب برای نشان دادن اینکه در آب شهری، چه میزان از یونهای گوناگون وجود دارد، آزمایشی مانند شکل زیر انجام میدهند. در این آزمایش با عبور جریان برق از درون آب آشامیدنی و انجام واکنش، برخی یونها از تیغههای فلزی وارد آب شده و سبب تغییر رنگ آن میشوند. توجه کنید که این آزمایش، میزان یونهای موجود در آب را به درستی نشان نمیدهد.
خود را بیازمایید (صفحهٔ 119 کتاب درسی)
1- شکل زیر روشی برای تهیۀ آب شیرین از آب دریا را نشان میدهد.
آ) این روش چه نام دارد؟
جداسازی بر اساس تقطیر
ب) روند تهیۀ آب شیرین را در این روش توضیح دهید.
آب دریا (ناخالص) را درون ظرفی مشابه شکل قرار میدهیم. این ظرف را در معرض نور مستقیم خورشید قرار میدهیم تا آب موجود تبخیر شده و با میعان، آب درون ظروف مربوطه جمعآوری شود.
2- شکل زیر برخی روشهای تصفیه یک نمونه آب را نشان میدهد، با توجه به شکل به پرسشها پاسخ دهید.
آ) با انجام تقطیر، کدام مواد موجود در آب از آن جدا میشوند؟ توضیح دهید.
با روش تقطیر، نا فلزها، آلایندهها، حشره کشها و فلزات سمی جدا میشوند ولی میکروبها و ترکیبات آلی فرار باقی میمانند. ترکیبات آلی فرار چون نقطه جوش آنها کمتر از آب است تبخیر میشوند و بعد مجددا سرد شده و در آب وجود خواهند داشت (در فرایند تقطیر، دو عمل تبخیر و میعان صورت میگیرد)
ب) با عبور آب از صافی کربن، کدام آلایندهها حذف میشوند؟
همهی آلاینده به جز میکروبها، حذف میشوند.
پ) با روش اسمز معکوس، کدام مواد را میتوان از آب جدا کرد؟
همهی آلایندهها به جز میکروبها از آب جدا میشوند.
ت) آب به دست آمده از کدام روشها، آلایندۀ کمتری دارد؟
اسمز معکوس و صافی کربن
ث) چرا آب تصفیه شده در این روشها را باید پیش از مصرف کلرزنی کرد؟
میکروبهای موجود در آب آشامیدنی با روش دیگری از بین نمیروند بنابراین تنها راه از بین بردن آنها کلرزنی است.