Globalt experient under KEMINS ÅR Saltvatten I det här dokuentet finns en beskrivning av Saltvattenuppgiften, so är en del av det globala experientet so genoförs under KEMINS ÅR 2011. Nästan allt vatten so finns på jorden innehåller salt och är däred en saltlösning. I den här uppgiften inbjuds eleverna att äta saliniteten i ett saltvattenprov. Geno analyserna koer eleverna lära sig er o lösningars egenskaper och havsvattens saansättning. O elevernas resultat rapporteras in till den globala databasen bidrar de till att skapa en global översikt över saliniteten. Uppgiften kan göras so en del av de fyra uppgifter so tillsaans utgör det globala experientet. Den kan också utföras so en enskild uppgift so gör att eleverna på så sätt deltar i KEMINS ÅR 2011. Innehåll Instruktioner för hur an rapporterar resultaten till den globala databasen 1 Instruktioner för uppgiften 2 Elevens resultatblad 4 Klassens resultatblad 6 Inforation till läraren 7 Elevens resultatblad (exepel på hur det kan fyllas i) 11 Rapport till den globala experientdatabasen Följande inforation bör rapporteras till den globala databasen. O ni redan tidigare har länat inforation o skolan och platsen i saband ed någon annan uppgift bör de nya resultaten kopplas till det ni tidigare länat in. Datu för provtagning: Typ av vatten: Vattnets salinitet: Plats där provet togs: Antal deltagande elever: (hav, flodynning, sjö etc.) (g/kg) (beskriv platsen) Skolans/klassens registreringsnuer: 1
Undersökning av saltvatten Vatten har en speciell plats i allas våra liv! Det finns ycket vatten (cirka 70 % av jordens yta täcks av vatten) och er än halva din vikt består av vatten. Fokus för den här uppgiften är en av de egenskaper so gör vatten livsviktigt, näligen förågan att kunna lösa en rad olika änen. Många änen, so socker eller salt, förefaller försvinna när de löses i vatten. Men skenet bedrar, de kan fås tillbaka geno förångning av vattnet. Uppgiften använder denna egenskap för att äta ängden salt i några naturliga vatten. Keister äter ängden av ånga änen so finns i vattenprov och vi kan använda inforationen till att både förstå hur världen fungerar och att hålla oss vid god hälsa. Metod Mätning av saliniteten 1. Ta ett prov havsvatten (inst 100 l), Östersjövatten (0,5-1 liter) eller något annat vatten ed ärkbart saltinnehåll. (O öjligt så kan det här provet också användas till uppgiften Planetens ph.) 2. Väg en skål noggrant och anteckna resultatet i Elevens resultatrapport: skålens assa = D. 3. Mät volyen av ca 100 l vatten så noggrant so öjligt och häll vattnet i skålen, anteckna volyen = V W Utrustning Grund glas- eller plastskål eller petriskål (helst genoskinlig så är det enklare att se saltet). Ett lock till skålen, so tillåter luften att cirkulera. Mätcylinder eller graderad kanna. Våg ed noggrannheten 0,1 gra för att väga skålen ed vatten (se etod). 4. Väg skålen+vattnet och anteckna vikten = D+W. Förånga vattnet ed en av följande två etoder: 5. ANTINGEN Avdunstning ed hjälp av solen: placera skålen i direkt solljus. O skålen behöver skyddas ot föroreningar, täck den ed ett genoskinligt lock so låter luften cirkulera. Avdunstningen kan ta er än en dag, kontrollera därför skålen regelbundet. 6. ELLER Avdunstning ed hjälp av en väreplatta: Vär en väreplatta till ca 80 o C och placera skålen på den. Håll uppsikt så att vattnet inte kokar eller stänker. Kontroll av torrheten utför den här kontrollen noggrant för att försäkra dig o att allt vatten förångats. Processen kallas torkning till konstant vikt. 7. Väg skålen ed saltet och anteckna vikten i Elevens resultatrapport. 8. Sätt tillbaka skålen i solljuset eller på väreplattan. Läna den i 15-30 inuter. 2
9. Låt skålen svalna och väg den igen. Anteckna resultatet. 10. O den andra vikten är lägre än den första så görs proceduren o igen från punkt 8. 11. Fortsätt till dess vikten inte ändras. 12. Anteckna den slutliga vikten = D+S. Beräkning av saliniteten 13. Beräkna först ängden salt geno att dra bort skålens egen vikt från skålen + saltets vikt enligt foreln: Saltets vikt + S = D + S D 14. Beräkna nu saltvattnets assa i experientet: Saltvattnets vikt = D + S W D 15. Beräkna till slut saliniteten enligt foreln nedan: Absolut salinitet S = S 1000 ( g/kg) Det här är det värde, so du ska ge till din lärare för att bidra till klassens edelvärde, vilket sedan koer att skickas in till den globala databasen! Frivillig uppgift Mätning av saliniteten i andra prov Repetera ätningarna och beräkningen av saliniteten i ett annat vattenprov, o det finns tillgängligt. Frivillig uppgift Mätning av saliniteten ed hjälp av en konduktivitetsätare O en konduktivitetsätare (ledningsförågeätare) finns tillgänglig, kan den användas till att äta saliniteten. Fråga din lärare. 3
Elevens resultatblad Anteckna resultaten av din salinitetsanalys i följande tabell och svara sedan på frågorna nedan: Saltvattenprov Annat prov (valfritt) Skålens vikt D Saltvattnets voly V Skålen+vattnets vikt D+ (l) Torkning till konstant vikt Skålen+saltets vikt första vägningen Skålen+saltets vikt andra vägningen Skålen+saltets vikt tredje vägningen Slutgiltig vikt skålen+saltet D+S Beräkningar Saltets vikt Saltvattnets vikt S = D+ S D D D = + S Absolut salinitet S = 1000 Densitet σ = Alternativ konduktivitetsätning V (g/kg) (g/l) Salinitet från konduktivitet (psu) Fråga 1 Undersök skålen ed salt. Kan du se några kristaller? Kristaller glittrar i ljus tack vare plana ytor so reflekterar ljuset, förutsatt att de är tillräckligt stora. Du kan ofta se kristallerna bättre ed ett förstoringsglas eller ett enkelt ikroskop. Beskriv hur saltet i din skål ser ut. 4
Fråga 2 Jäför ditt uppätta salinitetsvärde ed klassens edelvärde. Kan du koa på några faktorer so kan förklara skillnaden ellan ditt värde och klassens edelvärde? Fråga 3 O du har undersökt ett havsvattenprov, jäför ditt klassedelvärde ed det vanliga värdet för havsvatten so är 3,5 % salt (viktprocent). Förklara varför klassens edelvärde kan skilja sig från 3,5 %. (O du har undersökt ett annat vatten, försök att hitta tidigare ätningar och jäför ditt resultat ed dessa.) Fråga 4 När du siar i saltvatten, hur kan du avgöra o det har högre densitet (täthet) än rent vatten? (So har en densitet på lite indre än 1 g/l vid 20 o C). 5
Klassens resultatblad Rapportera edelvärdet för den absoluta saliniteten i saltvattenprovet so eleverna testat för det globala experientet (och eventuella andra prov - se Inforation till läraren). Anteckna data so är klara för rapportering till den globala databasen. (Frivilligt) Andra prov, so klassen undersökt Grupp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Medelvärde Saltvatten prov A B C D E Platsen för provtagning: Vattentyp: Datu: Teperatur: Antal deltagande elever: 6
Inforation till läraren Instruktioner för uppgiften Följande inforation har saanställts för att hjälpa läraren att använda Saltvattenuppgiften i sina klasser. Vi hoppas att uppgiften ska användas tillsaans ed de andra uppgifterna i det globala experientet och att den i saband ed andra lokala resurser ska hjälpa eleverna att förstå vatten, dess kei och dess vitala roll i våra liv sat dess betydelse för planeten jorden. Uppgiften är också användbar för att ge eleverna erfarenhet av saarbete ed andra elever runt o i världen. I uppgiften inbjuds eleverna att undersöka vattenlösningars egenskaper ed fokus på lösta änen. Både i den här uppgiften och i uppgiften Utaning Soldestillation använder eleverna förångning för att separera de lösta änena. I den här uppgiften ska eleverna använda havsvatten eller andra naturligt salta vatten för att undersöka ängden salt i vatten, saliniteten. Elevernas förväntade inlärning Under uppgiften koer eleverna: Undersöka egenskaperna hos vattenlösningar innehållande salter. Använda förångning för att extrahera salter från vattenlösningar. Mäta koncentrationen av salter i vatten och uppskatta ätningens noggrannhet. (Valfri) Undersöka andra etoder att äta saliniteten och studera kristallisering. Planering av uppgiften Att låta eleverna arbeta i par är läpligt för denna uppgift. Det sparar utrustning satidigt so eleverna kan stödja varandra. Uppgiften kan utföras på 1-2 tiar o en värekälla, till exepel en väreplatta finns att tillgå. O an väljer att låta vattnet avdunsta i solen behövs två dagar. Vid val av skål, tänk på att avdunstningen av vattnet går fortare ed en skål ed stor diaeter. En petriskål ed 15 c diaeter fungerar utärkt, likso andra skålar ed saa diaeter. Kontrollera att vågen klarar att väga skålen plus vatten. Mätningen blir noggrannare o en större ängd vatten används, en då bli även avdunstningstiden längre. Utförande av uppgiften Uppgiften är uppdelad i tre delar: Först ställer eleverna i ordning experientet, äter skålens vikt, saltvattnets voly och skålen plus vattnets vikt. Eleverna kan öka noggrannheten geno att upprepa ätningarna och geno att öva överföringen av vätskan till skålen. Tiden för förångning av vatten beror fraför allt på lokala förhållandena. Att testa i förväg hur lång tid so krävs för den aktuella utrustningen är viktigt för att få experientet att gå sidigare. En av de största felkällorna i experientet beror på att provet inte blivit helt torrt vid förångningen. Därför rekoenderas att den standardiserade analysetoden för torkning till konstant vikt används. Att genoföra analysen kan öka elevernas insikt o värdet av noggrannhet för att uppnå bra resultat. Särskilt yngre elever kan dock uppleva etoden so förvirrande, vilket undviks o läraren redan i förväg tagit reda på ungefär hur lång tid so behövs för att torka provet. 7
Den tredje delen gäller beräkningarna. Metoden är tänkt för högstadiet eller gynasiet och bör anpassas o den ska användas av andra grupper. Noralt kan upprepade ätningar öka precisionen, en i det här fallet skulle upprepade ätningar ta för lång tid. I stället uppnås saa effekt geno att edelvärdet beräknas av de individuella resultaten i en klass. Detta innebär också att alla elever bidrar till den globala databasen. Vattenprov Havsvatten är särskilt bra för denna uppgift, därför att ängden salt i havsvatten är lätt att äta, vanligen okring 3,5 %, vilket betyder att o eleven använder 100 l vatten så blir vikten av saltet ellan 3 och 4 gra. Sötvattenprover innehåller vanligen ycket indre ängd salt. I detta fall kan an tillverka syntetiskt havsvatten ed 35 gra bordsalt (natriuklorid) per liter vatten. Eleverna kan först äta på syntetiskt havsvatten innan de undersöker det lokala vattnet. Filtrering: O vattnet innehåller synligt suspenderat aterial rekoenderas filtrering innan förångningen. Frivilliga uppgifter Andra vattenprov Eleverna kan undersöka saliniteten i andra vattenprover för att förstå hur ycket saliniteten kan variera i vanligt förekoande vätskor, exepelvis kan de äta koksaltlösningar so används ino sjukvården. Eleverna kan uppanas att ta ed sig prover från olika vardagliga vattenlösningar för undersökning. O var och en av eleverna testar ett antal olika prover får klassen resultat från en rad olika vattenprov att diskutera. (Man åste dock vara edveten o att proven också kan innehålla lösta änen so inte är salter.) Mätning av saliniteten ed hjälp av en konduktivitetsätare (ledningsförågeätare) O din skola har tillgång till en konduktivitetsätare kan eleverna få tillgång till ytterligare ett värde på saliniteten att jäföra ed data från förångningsexperienten. Enkla kvalitativa konduktivitetsätare kan göras ed vanlig laboratorieutrustning för att visa att saltlösningar leder elektrisk strö och att ströen är proportionell ot saltkoncentrationen. Kalibreringen åste göras ed hjälp av havsvatten ed känd salinitet eller en otsvarande kaliukloridkloridlösning. Det uppätta värdet är alltså ett relativt värde och uttrycks so ett enhetslöst tal, PSU (Practical Salinity Units = Tilläpad salthaltsenhet på svenska). 8
Förklaringsnivå Låg- och ellanstadiet I grundskolan får eleverna en fantastisk öjlighet att använda enkel utrustning och att utveckla nyttiga färdigheter för datainsaling. Beräkningarna åste på ett läpligt sätt anpassas till den aktuella klassen. Teat vattenkvalitet och vattentillgänglighet är ycket viktiga keiska begrepp, so bör vara starkt integrerade i elevernas erfarenheter av dricksvatten och vattenburna sjukdoar. Uppgiften hjälper eleverna att förstå att klart vatten kan innehålla olika änen, nyttiga eller farliga, i olika koncentrationer och att det finns etoder för separation. Uppgiften ger också eleverna en öjlighet att lära sig o de tillståndsförändringar so förekoer i naturen, att identifiera processer, so förångning och kristallisation sat skapa edvetenhet o de ineralresurser so finns i vattensyste. Högstadiet Föruto den förväntade inlärningen so nänts för grundskolan, kan eleverna använda algebra i beräkningarna och undersöka proportionaliteterna ed voly och assa involverade för att bestäa densitet och koncentration. Diskussionen o storheter, enheter och ätetal (SI-enheter) kan läpligen förklaras här. Begreppen lösliga och olösliga substanser, lösningar och löslighet bör diskuteras i detta saanhang. Kristallisationsprocessen bör diskuteras. Detta kan utökas till att handla o återupplösning och återkristallisering so en frivillig uppgift och öjligheten till att bygga upp stora kristaller. En er detaljerad diskussion o tillståndsförändringar kan hållas. Den kan grundas på partikelteori, och begreppen väre, teperatur och ångtryck. Gynasieskolan Den kvantitativa etoden ger öjlighet för eleverna att undersöka signifikansen i de ätta och beräknade storheterna. Uppgiften kan utökas till att ofatta identifiering av några änen i lösningen, till exepel natriuklorid geno att skriva enkla keiska reaktioner. Det är läpligt att införa begreppet substansängd, koncentration och stökioetriska koefficienter sat att praktisera keisk forelskrivning sat att använda keiska ekvationer. Användningen av konduktivitetsätare rekoenderas särskilt för att illustrera olika sätt att sala in kvantitativa data. Bakgrundsinforation Världshaven är naturligt salta ed en salinitet ed ungefär 3,5 % salt. Salinitet är ett ått på ängden lösta salter i vattnet, dvs. ängden salt (i gra) löst i 1000 gra (1 kilogra) vatten. Detta är den absoluta saliniteten, S (g/kg) av havsvatten. Sybolen används också och den betyder tusendelar. Havsvattnets saansättning är koplex och ett antal salter finns i signifikanta ängder. Alla salter består av joner, såso natriujoner och kloridjoner i natriuklorid (koksalt). I vatten är jonerna uppdelade, så de olika jonslagen är oberoende av varandra i havsvatten (Tabell 1). 9
Tabell 1 Typiska koncentrationer av joner i havsvatten Ion g/kg Klorid Cl -1 19,345 Natriu Na +1 10,752-2 Sulfat SO 4 2,701 Magnesiu Mg +2 1,295 Kalciu Ca +2 0,416 Kaliu K +1 0,390 - Vätekarbonat HCO 3 0,145 Broid Br -1 0,066-3 Borat BO 3 0,027 Strontiu Sr +2 0,013 Fluorid F -1 0,001 Metoder att äta salinitet Den första etoden, so rekoenderades för att äta saliniteten var den keiska Knudsen-Mohr-etoden, so baseras på volyetrisk analys av klorid, Cl -, broid, Br - och jodid, I -. Metoden involverar utfällning av jonerna ed silvernitrat. Utfällningens assa kan sedan ätas och koncentrationen av kloridjoner kan beräknas. Den första epiriska ekvationen för att ovandla denna ätning av kloriniteten (Cl ) till absolut salinitet, S, daterar sig från 1902: S= 0,03 + 1,805 (Cl). När kloriniteten var noll var dock inte saliniteten noll. Detta går eot principen ed konstanta proportioner. För att koa förbi denna otsättning föreslog UNESCO 1969 en ny ekvation: S = 1,80655 (Cl). Saliniteten 35 otsvarar kloriniteten 19,374. Den elektriska konduktiviteten av vatten kan också användas so ett ått på vattnets jonsaansättning och är därför även ett ått på dess salinitet. Den instruentella etoden grundar sig på jäförelser ellan vattenprovets konduktivitet och konduktivitetsstandarder och den förutsätter att det finns en proportionalitet ellan konduktivitet och salinitet. Kaliukloridlösningar, KCl (aq), används so konduktivitetsstandard. År 1978, odefinierade oceanograferna salinitet till Practical Salinity Units (psu) i vilken kvoten av (konduktiviteten av ett havsvattenprov) /(standardlösning av KCl) äts. Kvoterna har inga enheter, så 35 otsvarar 35. Standardlösningar ed känd konduktivitet har utvecklats för att fungera so standarder när havsvattens salinitet ska bestäas. En särskilt typ av konduktivitetsätare har utvecklats, en salinoeter. Salinitetsdata ed hög noggrannhet har blivit utoordentligt viktiga i saband ed studier av de aktuella iljöprobleen so är en del av den globala kliatförändringen. Detta har en stor betydelse för hela världen. 10
Elevens resultatblad (Exepel) Anteckna resultaten från dina salinitetsätningar i följande tabell och svara sedan på frågorna nedan: Saltvattenprov Saltvattenprov2 Skålens vikt D 73,2 74,5 Saltvattnets voly V (l) 102 97 Skålen+vattnets vikt D+ 178,5 172,1 Torkning till konstant vikt Skålen+saltets vikt första vägningen 78,5 75,7 Skålen+saltets vikt andra vägningen 77,0 75,7 Skålen+saltets vikt tredje vägningen 77,0 Slutgiltig vikt skålen+saltet D+S 77,0 75,7 Beräkningarna Saltets vikt Saltvattnets vikt S = D+ S D D D 3,8 1,2 = + 105,3 97,6 S Absolut salinitet S = 1000 Densitet Alternativ konduktivitetsätning (g/kg) 36 12 σ = (g/l) 1,03 1,01 V Salinitet från konduktivitet (psu) Fråga 1 Undersök skålen ed salt. Kan se några kristaller? Kristaller glittrar i ljus tack vare plana ytor so reflekterar ljuset, förutsatt att de är tillräckligt stora. Du kan ofta se kristallerna bättre ed ett förstoringsglas eller ett enkelt ikroskop. Beskriv hur saltet i din skål ser ut. Det esta av aterialet i skålen var ett lätt brunfärgat pulver. En del av aterialet i itten var grövre och gliade när an lyste ed lapan. 11
Fråga 2 Jäför ditt salinitetsvärde ed klassens edelvärde. Kan du koa på några faktorer so kan förklara skillnaden ellan ditt värde och klassens edelvärde? Klassens edelvärde för saltvatten var 36,7 g/kg vilket är lite högre än vårt värde. Många andra grupper fick värden so inte var lika nära. Fråga 3 O du har undersökt ett havsvattenprov, jäför ditt klassedelvärde ed det vanliga värdet för havsvatten 3,5 % salt (viktsprocent). Förklara varför klassens edelvärde kan skilja sig från 3,5 %. (O du har undersökt ett annat vatten, försök att hitta tidigare ätningar och jäför ditt resultat ed dessa) Vårt klassvärde visade att saliniteten var ycket nära vanligt havsvatten. Värdet var lite högre, vilket kan bero på att vi tog provet i en grund vik, där vattnet var ganska vart och er vattnet kan ha dunstat. Fråga 4 När du siar i saltvatten, hur kan du då avgöra o det har högre densitet (täthet) än rent vatten? (So har en densitet på lite indre än 1 g/l vid 20 o C). Ja, för att det är lättare att flyta i havsvatten än i sötvatten. 12