Химия окружает нас повсюду. Что бы мы ни делали, ни держали в руках, что бы мы ни наблюдали вокруг – всюду нас сопровождают разнообразные вещества и превращения этих веществ.

Чтобы убедиться в этом наглядно, ученикам 7 класса естественно-научной вертикали учитель химии Елена Викторовна Анисимова предложила поиграть в игру «Последний герой». Как в известном реалити-шоу ребята, поделившись на команды, были условно высажены на 4 необитаемых острова. На них было практически все для выживания, кроме чистой питьевой воды. Однако, их окружала морская вода, родники и ручейки. Но можно ли считать природную воду из естественных водоемов достаточно чистой для употребления?

- Нет, она содержит примеси, - ответ учащихся.

- Ваша главная задача на острове - очистить воду от примесей. Так вы познакомитесь со способами разделения смесей, которые помогут вам выжить на острове, - отметила Елена Викторовна.

Условие игры: на первом острове вода загрязнена бензином, на втором – песком, на третьем нет источника пресной воды, доступна только морская, на четвертом острове есть пресная вода, но она бедна минеральными солями, необходимо добыть соль. Определите вид смеси и укажите, каким способом вы будете очищать воду.

- Возможно ли без дополнительных знаний выполнить задачу?

- Нет, нужна помощь учителя!

Приступаем к изучению темы «Химические вещества, окружающие нас повсюду». В природе они встречаются в основном в виде смесей. Например, воздух – смесь газов: азота, кислорода, аргона и др., морская вода. На уроках химии ребята рассмотрели, чем отличается понятие чистого вещества от понятия смеси, познакомились с классификацией смесей. Смеси, в отличие от чистых веществ, имеют иные свойства. Так, чистая вода замерзает при температуре 0 ⁰С, а если растворить в ней соль, то температура замерзания значительно понижается. Этим свойством пользуются работники коммунальных служб, когда в период гололедицы посыпают дороги технической поваренной солью или другими реагентами.

Для научных исследований и в промышленности, в основном, требуются чистые вещества. Некоторые примеси, даже в незначительных количествах, способны сильно поменять свойства веществ. При этом ребята выяснили, что примеси, т.е. компоненты смесей, сохраняют индивидуальные свойства. Именно этот признак используется для очистки или разделения смесей.

Узнав об этом, ребята на первом и втором островах с радостью принялись за дело: одни взяли стакан с водой с примесью песка и пропустили его через бумажный фильтр. В результате фильтрации вода стала чистой.

Фильтрование применяется и на одном из этапов очистки питьевой воды на станциях водоподготовки. Для этого ее пропускают через слой чистого песка. В домашних условиях для очистки питьевой воды применяется бытовой фильтр, содержащий активированный уголь.

А другие ребята выяснили, что если взять две несмешивающиеся жидкости, например, бензин и воду, то более легкая (бензин) будет отстаиваться сверху, более тяжелая (вода) – внизу. Метод отстаивание применяется и для очистки сточных вод, но с той разницей, что используются отстойники больших объёмов.

На третьем острове у ребят доступна только морская вода, но она не пригодна для питья. Ребята изучили и выяснили, что с помощью перегонки (дистилляции) можно очистить воду от содержащихся в ней растворимых солей. Для этого воду нагревают, пары воды собирают и охлаждают, получая дистиллированную воду. Дистиллированная вода необходима для приготовления растворов в лаборатории, для изготовления лекарств. Однако применение дистиллированной воды в пищу не рекомендуется.

Дистилляцию применяют в процессе опреснения морской воды, что очень актуально для стран с острой нехваткой питьевой воды. И для наших ребят, оказавшихся на острове без пресной воды.

А ребята из четвертого острова выяснили, что отделить твердые вещества, содержащиеся в растворе, можно при нагревании. Этот метод называется выпаривание, или кристаллизация. Ребята нагрели морскую воду, жидкость испаряется, а на дне емкости остаются кристаллики соли, которые ребята и добавили в бедную минеральными солями пресную воду.

В огромных масштабах выпаривание и кристаллизация применяются для добычи соли из соленой природной воды.

Ура, все группы спасены! Теперь ребята знают, как очистить воду от примесей и сделать ее пригодной для питья.

Но пора из первобытной природы возвращаться в родной город. Мы изучили разные способы разделения смесей, в том числе очистки воды из естественных водоемов. Давайте теперь посмотрим, как протекают технологические процессы очистки природной воды, прежде чем она попадает в наши квартиры. В Москве, впервые в России, на станциях водоподготовки применяются дополнительные высокоэффективные технологии: процесс озонирования, сорбции на активированном угле, мембранной фильтрации воды. Благодаря этому вода лучше очищается от химических загрязнений, устраняются неприятные запахи и привкусы, происходит задержание микрочастиц и дополнительная дезинфекция.

Ребята так заинтересовались способами разделения и очистки смесей, что для расширения своих знаний отправились в химическую лабораторию ВУЗа-партнера - Института биологии и химии МПГУ.

На практическом занятии под руководством ведущего инженера кафедры общей химии Екатерины Витальевны Китушиной учащиеся смогли не только увидеть, с помощью которых можно разделить смеси (декантация, центрифугирование, хроматография, фильтрование и разделение с помощью делительной воронки), но и попробовать выполнить их самостоятельно.

Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения, компоненты которых очень малы. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.

После отстаивания или центрифугирования надосадочную жидкость можно отделить от осадка методом декантации — аккуратным сливанием жидкости с осадка. Также разделить смесь двух нерастворимых друг в друге жидкостей (после ее отстаивания) можно с помощью делительной воронки, принцип действия которой ребята тоже смогли увидеть и выполнить.

Хроматография основана на различном поглощении разделяемых веществ поверхностью другого вещества. Ребята провели бумажную хроматографию, которая используется для разделения и обнаружения цветных компонентов, таких как пигменты.

Современные приборы - хроматографы способны разделить сложные многокомпонентные смеси и установить их состав, поэтому в настоящее время широко используются для обнаружения небольших концентраций опасных загрязнителей в воздухе и воде, в процессе производства и контроле качества биологических и фармацевтических продуктов.

Изучив виды смесей и способы их разделения, семиклассники свои знания и умения продемонстрировали командном турнире «Химические бои», организованном РТУ МИРЭА. В одном из заданий ребятам предложили выбрать оптимальные способы и разделить смесь предложенных веществ. Наши ребята с легкостью справились с этой задачей.

Ребята на уроках химии и занятиях элективного курса «Основы исследовательской деятельности» проводят практические и лабораторные работы. Они учатся использовать для познания окружающего мира различные естественно-научные методы: наблюдение, эксперимент; приобретают опыт выдвижения гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез.

К примеру, многие ребята на летних каникулах планируют отправиться с родителями в туристические походы по бескрайним просторам нашей страны. А значит, необходимо подготовиться ко всем внештатным ситуациям, которые могут приключиться, в том числе отсутствию чистой пресной воды. И в этом им могут помочь полученные знания и умения о смесях и способах их разделения и очистки. Ребята уже изготовили самодельный фильтр для воды, который продемонстрировал высокую эффективность: все органолептические показатели воды соответствуют нормам.

На данный момент ребята работают над созданием походного опреснителя. Проводят эксперименты и устанавливают, какие способы наиболее эффективны для достижения цели. А во время похода смогут провести контрольные испытания. На основе полученных данных в ходе исследования ребята реализуют проекты, которые представят на конференциях.

Углубленное изучение химии в классах естественно-научной вертикали расширяют кругозор и формирует у детей химическую картину природы, ориентирует на некоторые профессии, связанные с медициной, бытовым обслуживанием, химическим анализом. И, кто знает, может быть, в будущем полученные знания помогут определиться ребятам с выбором профессии. Потому что естественнонаучный класс – это своего рода трамплин, с помощью которого ребята могут успешно продолжить обучение в старшей школе в медицинском или инженерном классах.