Васькова Анна "Влияние кислотности среды на процесс фотосинтеза водного растения"

69 views
Skip to first unread message

Земляне

unread,
Oct 28, 2011, 11:32:55 AM10/28/11
to Центр сопровождения молодых первооткрывателей "Земляне"
I Всероссийский интернет-конкурс
научно-исследовательских работ «Земляне»

Влияние кислотности среды на процесс
фотосинтеза водного растения


Автор: Васькова Анна
Михайловна, Мурманская
область, с. Ёна,
ул. Лесная 4-16,
МОУ СОШ № 4, 7 класс
Руководитель:
Мехнина Марина
Владимировна,
учитель химии, МОУ СОШ № 4


н.п. Ёнский Ковдорский район Мурманская область,
сентябрь-февраль 2010-2011 г.г.
1
Оглавление
Введение 4
1. Водородный показатель 5
2. Характеристика яванского мха 5
3. Фотосинтез водных растений 6
3.1. Влияние кислотности среды на процесс фотосинтеза 7
Выводы 8
Литература 9
Приложение

2
Кто не мечтал побывать в морских просторах, посмотреть на
экзотических рыбок, водоросли и кораллы? Аквариум может стать
воплощением мечты, это очень красиво. Сегодня аквариумы все чаще
используются как элемент интерьера. Стеклянный резервуар с рыбками и
красивыми экзотическими растениями - это модно и престижно.
Надо сказать, что содержание водных растений с декоративной целью - не
новое направление в аквариумоводстве, оно возникло даже несколько
раньше, чем увлечение рыбками. В 1849 г. в Лондон впервые были
доставлены живыми молодые экземпляры гигантской амазонской кувшинки
Виктория регия, в том же году одно из этих растений зацвело и дало
семена, с 1851 г. во многих ботанических садах началось строительство
специальных демонстрационных бассейнов. Сначала Виктория обосновалась
в Риге, а в 1853 г. - в Петербурге. Так началось подводное
садоводство. Одно из направлений подводного садоводства - увлечение
выращиванием водных растений. Постепенно увлечение выращиванием водных
растений перешло из водоемов ботанических садов в квартиры любителей
аквариума. Сегодня это своеобразное и специфическое направление
увлечения аквариумом не только не угасло, а под натиском многообразия
тропических и селекционных декоративных растений еще более укрепилось.
[2]
Но для содержания водных растений нужно соблюдать определенные
условия: кислотность воды, температуру, освещенность. Только тогда они
смогут радовать нас своей красотой и изяществом. Процесс, с помощью
которого можно наблюдать за жизнедеятельностью растения - фотосинтез.
Цель работы: наблюдение за процессом фотосинтеза водного растения при
различных показателях кислотности (рН).
Объект исследования – мох яванский.
Задачи работы:
• Обзор информации в литературе по определению понятия кислотность
среды и по вопросам, связанным с действием кислотности среды на живые
организмы.
• Создание необходимых значений рН водной среды.
• Наблюдение за процессом фотосинтеза водного растения.
• Предложения о наиболее благоприятной кислотности для
жизнедеятельности водного растения.
Методы исследования: сравнительно-аналитический, экспериментальный.


3
Введение
Врачами установлено, что занятия аквариумами нормализует кровяное
давление, дает отдых глазам, снижает беспокойство. Наличие аквариума в
доме оказывает положительное влияние и на формирование характера
человека, приносит эстетическое удовольствие, успокаивает нервную
систему. Занятие аквариумистикой воспитывает любовь к природе,
развивает стремление к познанию, к пониманию удивительного мира воды.
Наличие аквариума уменьшает сухость воздуха в квартире, а значит,
снижает вероятность заболеваний дыхательных путей, возникновения
вирусных инфекций, передающихся воздушным способом. Зачем нужен
аквариум?
Во-первых, аквариум интересен сам по себе и притягивает внимание
людей. Сегодня аквариумы можно встретить не только у любителей -
аквариумистов дома, но и в холлах крупных компаний, в кабинетах
руководителей, в торговых центрах, в комнатах для переговоров, кафе,
ресторанах и крупных магазинах. Аквариум эффективно снимает нервное
напряжение и лечит стрессы, что в наше время очень важно для жителей
больших городов, утративших связь с природой.
Во-вторых, благодаря аквариуму улучшается микроклимат в помещении. В
воздухе повышается влажность, это способствует уменьшение количеству
пыли и снижает риск заболеваний верхних дыхательных путей. Вы
поспорите – можно насыщать воздух искусственно, но представьте себе,
что даже один небольшой столитровый аквариум регулирует влажность
воздуха, насыщая его аэронами и биоэнергией, совершенно естественным
образом. В нашей стране это особенно актуально – в период работы
центрального отопления, когда воздух «пересушен» или просто в
комнатах, где постоянно работают бытовые электроприборы.
В-третьих, аквариум побуждает человека к творчеству, активизируя
работу именно тех отделов головного мозга, которые редко используются
людьми в течение дня. Не зря наши предки считали, что наличие
аквариума способствует развитию гармонично-развитой личности.[2]

4
1.Водородный показатель
Водородный показатель, pH-мера активности ионов водорода в растворе, и
количественно выражающая его кислотность. Это понятие было введено в
1909 году датским химиком Сёренсеном. Показатель называется pH, по
первым буквам латинских слов potentia hydrogeni — сила водорода, или
pondus hydrogenii — вес водорода. [6]
В чистой воде при 25 °C концентрации ионов водорода ([H+]) и гидроксид-
ионов ([OH−]) одинаковы и составляют 10−7 моль/л. Когда концентрации
обоих видов ионов в растворе одинаковы, говорят, что раствор имеет
нейтральную реакцию. При добавлении к воде кислоты концентрация ионов
водорода увеличивается, а концентрация гидроксид-ионов соответственно
уменьшается, при добавлении основания — наоборот, повышается
содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает.
Когда [H+] > [OH−] говорят, что раствор является кислым, а при [OH−] >
[H+] — щелочным. [1,3]

2.Характеристика яванского мха
Мох яванский (Vesicularia dubyana) родом из тропиков юго-восточной
Азии. Стебли длинные, тонкие, сильно разветвленные, достигают 50 см в
высоту. Листья маленькие (около 0,2 см), окрашены в различные тона
зеленого цвета. В природных условиях яванский мох прикрепляется к
различным твердым предметам на дне водоема; в условиях аквариума его
можно привязать к камню, коряге или просто положить на грунт, дальше
растение само найдет себе опору. Яванский мох неприхотлив к условиям
содержания. Может расти даже в аквариуме без грунта. Растет медленно,
но равномерно в течение всего года. Принципиального значения для него
не имеют ни жёсткость воды, ни кислотность (в разумных пределах), ни
содержание органики. Условия содержание: температура воды для
яванского мха - 15-28° C, pH: 5-10. [8] Яванский мох нетребовательный
к освещению. Способен переносить длительные периоды затемнения.
Яванский мох в аквариуме может использоваться в двух ипостасях:
утилитарной и декоративной. Первый случай - это, прежде всего, его
использование при разведении рыб. Это любимый субстрат для нереста
многих фитофильных рыб, очень благоприятный из-за своей
мочалкоподобной структуры и из-за удельного веса тяжелее воды, так,
что он часто даже не требует какой-либо фиксации в нерестовике. Рыбам
нравится яванский мох, это давно замечено разводчиками рыб.
Использование его в декоративных целях очень часто. Яванский
5
мох размножается вегетативно, делением материнского куста. Достаточно
поместить в аквариум самый маленький кусочек мха, чтобы получить новое
растение.
3.Фотосинтез водных растений
Имеющийся в воде углекислый газ усваивается растениями, а выделяется
при этом кислород. Именно поэтому в аквариумах с рыбками содержат
обычно растения, они освежают воду, насыщают ее кислородом, который
эти рыбки усваивают во время дыхания (а выделяют они при дыхании
нужный растениям углекислый газ). Процесс поглощения углекислоты во
время световой фазы фотосинтеза происходит за счет поглощения
растением энергии света:
6СO2 + 6Н2O + световая энергия → С6Н12O6 + 6O2.
Так происходит с растениями при их освещении. В темноте усвоенный
углерод вступает в сложные соединения в растительных тканях (темновая
фаза фотосинтеза). Следовательно, растения так же нуждаются в темноте,
в суточном чередовании света и темноты. Но наряду с реакцией выделения
кислорода и поглощения углекислого газа, которая происходит у растений
на свету, параллельно протекает еще один процесс, на этот раз уже
круглосуточный - растения дышат. При этом реакция протекает в обратном
порядке: углеводы окисляются за счет поглощения кислорода, а
выделяется углекислый газ и химическая энергия, используемая растением
на рост и развитие. В виде химической формулы это будет выглядеть так:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + химическая энергия.
Понятно, что ночью растения выделяют только углекислый газ: А днем?
Днем обе реакции - и дыхания, и фотосинтеза - протекают одновременно,
выделяется и СO2, и O2. Чего же будет больше? Это зависит от степени
освещенности растений: если они достаточно освещены, фотосинтетическое
выделение кислорода преобладает над выделением углекислоты в ходе
дыхания. Любитель аквариумных рыбок при этом будет очень доволен, вода
освежается, рыбки легко дышат. Такое превышение растворенного в воде
кислорода и сокращение в воде углекислоты - не в радость, ведь
растения... начинают голодать! Это одна из серьезнейших проблем
подводного садоводства: дефицит в воде несвязанного СO2. Практически в
подводном саду с небольшим рыбным населением уже после полудня (или
после 6 часов освещения лампами) возникает этот дефицит. Это значит,
что голодающие растения замедляют, прекращают рост, а со временем
начинают деградировать, мельчать. Интересно, что у некоторых
рыборазводчиков, содержащих десятки и сотни разведенных рыбок вместе с
растениями, - при условии, что аквариумы получают достаточно света, -
подобной
6
проблемы не возникает, у них благоденствуют даже капризные растения:
рыбы в результате дыхания постоянно выделяют много СO2. Но в подводном
саду сотни рыб, ни к чему, это уже будет не декоративный сад, а
выростной рыбный бассейн. Выходят из положения следующими средствами.
Их несколько: нельзя содержать растения совсем без рыбного населения;
аэрация аквариумной воды воздухом, который компрессор забирает из
жилых помещений [2]
3.1.Влияние кислотности среды на процесс фотосинтеза
Яванский мох неприхотлив и может развиваться в условиях различной
кислотности водной среды, поэтому мы выбрали его для своего
исследования. Было отобрано пять проб образцов мха яванского по 20
граммов каждый. Равномерно распределили по дну банки, накрыли
стеклянной воронкой, залили водой и сверху воронку накрыли пробиркой
наполненной водой. Что бы придать нужные значения кислотности
добавляли кислоту и щелочь. Задали следующею кислотность: банка №1 рН=
2, 418; банка №2 рН= 10, 916; банка №3 рН=7, 330; банка №4=4,227;
банка №5=5,017. Значение кислотности определяли с помощью цифровой
лаборатории «Архимед», датчиком температуры и датчиком измерения
водородного показателя рН. Также мы измеряли влажность, освещенность и
атмосферное давление.
Через пять дней (время измерения всех показаний рН 15.00) мы снова
измерили кислотность: банка №1рН==1, 330, банка №2 рН=9, 250, банка №3
рН=7,390, банка; рН=3,680, банка №5 рН=5,027. Произошли изменения в
банках №1и №2, в них пожелтела вода. Через 12 дней, в банке №2
появился неприятный запах, а в банке №1 появилась плесень. Через
четырнадцать дней в банке №1 увеличилось количество плесени, а в банке
№2 запах стал еще сильнее. 23.11.10, через 54 дня мы закончили опыт,
потому что кислород не выделялся. Проанализировав опыт, мы
предположили, что причиной неудачи опыта стал недостаток углекислого
газа в воде. Для дальнейших исследований нужно подобрать вещества,
которые бы изменяли кислотность в нужную сторону и давали питание
растениям (углекислый газ).
Во втором эксперименте (24.11.10г) для изменения кислотности мы
использовали углекислый газ полученный действием кислоты на мел и
питьевую соду. Было так же отобрано пять проб мха по 20 граммов. Мох
был уложен в банки, накрыт стеклянной воронкой и пробиркой для сбора
кислорода. Водным растворам придали определенные значения кислотности:
банка №1 рН=2,116; банка №2 рН= 4,325; банка №3 рН=5,970; банка
№4=8,410; банка №5=10,06. Кислотность в банках № 1 и № 2 задали
углекислым газом (среда кислотная), в банку № 3 (контрольный образец)
не
7
добавляли не чего (среда нейтральная), в банки № 4 и № 5 добавляли
питьевую соду (среда щелочная).
Наследующий день в банках № 4 и № 5 появилось по два небольших
пузырька газа. Выделился кислород. Через десять дней появились
пузырьки газа в банках № 1,2. В банке № 3 газ появился через
тринадцать дней. Наблюдения велись в течение 20 дней, газ выделялся
медленно, но его количество увеличивалось. Через 20 дней измерили
кислотность растворов, Показания рН следующие: банка №1 рН= 2,352;
банка №2 рН= 4,878; банка №3 рН=6,33; банка №4=8,471; банка №5=10,055.
Для того чтобы продолжить эксперимент необходимо было добавить воду в
банки, так как часть воды испарилась. После добавления воды опять
придали нужные значение кислотности с помощью углекислого газа и
раствора питьевой соды. Показания рН следующие: банка №1 рН= 1,731;
банка №2 рН= 3,705; банка №3 рН=6,446; банка №4=8,275; банка
№5=10,032. Следующие показания кислотности водных растворов были
измерены через 10 дней (24.12.10 г.) и через 18 дней (10.01.11 г.).
Внешние условия в кабинете следующие: освещенность 197 - 207 Лк,
температура воздуха 20-22О С, температура воды 18-19О С. Опыт был
закончен через 48 дней. В итоге во всех пробирках находился
выделившийся газ; цвет водных растворов был различен; в некоторых
банках чувствовался неприятный запах. Все результаты измерений
оформлены в виде таблицы 1 (см. приложение).
Выводы
Анализ литературных данных показывает, кислотность среды имеет важное
значение для множества химических процессов, и возможность протекания
или результат той или иной реакции часто зависит от pH среды.
Подобрана методика для осуществления процесса фотосинтеза водными
растениями. Им необходимы: углекислый газ, определенная освещенность
и температура. Углекислый газ получали действием кислоты на мел, для
водных растворов с низкой кислотностью. Для растворов с высокой
кислотностью в качестве источника углекислого газа использовалась
питьевая сода. В ходе эксперимента наблюдали выделение газа во всех
исследуемых образцах. На основании эксперимента можно сделать
следующие выводы:
• процесс фотосинтеза водных растений осуществляется только в
определенных условиях;


8
• кислотность среды влияет на количество выделившегося кислорода в
ходе фотосинтеза, чем ниже кислотность, тем больше образуется
кислорода;
• поглощая углекислый газ растения, выделяют кислород, при этом
кислотность увеличивается.
Для содержания водных растений в качестве декоративных можно
рекомендовать кислотность воды рН от 5 до 9. При данной кислотности
водная среда остается прозрачной, ветви и стебли растений обладают
насыщенным зеленным цветом. Обязательным условием содержания растений
является подача углекислого газа. Контрольная проба № 3 показала, что
отсутствие углекислого газа снижает количество кислорода
выделяющегося при фотосинтезе. При низких значениях рН растения
выделяют самое большое количество кислорода, но изменяется их
внешний вид и меняется водная среда (мутнеет). Растения болеют. При
высоких значениях кислотности кислород выделяется, но в меньших
количествах и очень сильно изменяется водная среда, она становиться
очень мутной и в декоративных целях ее использовать нельзя.

Литература
1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и
родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС,1999 – 560 с. (146-184)
2. Махлин М.Д. Аквариумный сад - М.:, ПРИРОДА / NATURA, 1998. - 208
с: ил.
3. Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. Химия. Орган. Химия: учеб. Для 9 кл.
общеобразоват. учреждений / Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 12-е
изд.,перераб.-М.: Просвещение, 2008.-191.
4. Цифровая лаборатория «Архимед»: Методические материалы.-М.:
Институт новых технологий, 2007.
5. Дорофеев М.В., Зимина А.И., Стунеева Ю.Б. Принципы эффективного
применения цифровых лабораторий // Химия в школе.- 2010.-№ 2.-С.55-63.
6. http://www.zoopodolsk.ru/aquarium/obustrojstvo-akvariuma/48-akvariumnye-rastenija-.html
7. http://lvr-aqua.ru/info7.shtml
8. http://aqualog.ru/blog/Plant/70.html


9
Приложение
Таблица 1. Результаты наблюдений

рН
24.11.10 рН
14.12.10 рН
14.12.10 рН
24.12.10 рН
10.01.11 Объем выделившего-ся кислорода, мл Внешний вид
1
2,116
2,352 1,731 1,906 2,259 0,65 Вода мутная, цвет растения бурый,
ветки покрыты белым налетом,
запах прелый
2
4,325
4,878 3,705 5,878 6,247 0,5 Вода прозрачная,
цвет растения зеленый, запах болотный
3 5,970 6,330 6,446 6,446 6,928 0,2 Вода прозрачная, цвет растения
ярко – зеленый, без запаха
4 8,410 8,471 8,275 8,717 9,065 0,3 Вода слегка мутная, цвет растения
зеленый, без запаха
5 10,06 10,055 10,032 9,265 9,224 0,3 Вода сильно мутная, цвет
растения зеленый, без запаха

Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages