5. Zrak, voda i tlo – tvari neophodne za život
U ovoj cjelini učiš o sastavu i svojstvima zraka, vode i tla, o kisiku, ozonu, dušiku, ugljikovu(IV) oksidu i vodiku, o izvorima energije te o tome kako čovjek onečišćuje okoliš i kako ga može zaštititi.
Rješenja svih zadataka nalaze se na kraju ovoga dokumenta.
5.1. Zrak
- opisati svojstva i sastav zraka
- izračunati volumen sastojka zraka iz volumnoga udjela
- objasniti uzroke i posljedice onečišćenja zraka
Sažetak
- Zrak je homogena smjesa plinova bez boje i mirisa. Omogućuje disanje i gorenje.
- Gustoća mu je mala, oko 1 g/L: 1 m³ zraka ima masu oko 1 kg.
- Zrak je djelomično topljiv u vodi. Topljivost opada s porastom temperature vode (zato se pri zagrijavanju vode pojavljuju mjehurići).
- Zagrijavanjem se zrak širi pa mu se gustoća smanjuje. Topliji, lakši zrak diže se – zato zrak u prirodi stalno kruži.
- S visinom je zrak sve rjeđi, pa alpinisti nose boce s kisikom.
- Atmosferski tlak je tlak kojim atmosfera zbog svoje mase pritišće Zemlju. Najveći je na razini mora: 101 325 Pa.
Sastav suhoga zraka
| Plin | Volumni udio |
|---|---|
| dušik | 78,10 % |
| kisik | 20,90 % |
| argon | 0,90 % |
| ugljikov(IV) oksid | 0,04 % |
| ostali plinovi | 0,06 % |
Zrak sadrži i vodenu paru, čija se količina mijenja. Sumporovi i dušikovi oksidi u zraku znak su onečišćenja.
φ(sastojak) = V(sastojak) / V(smjesa) → V(sastojak) = φ · V(smjesa) (1 m³ = 1000 dm³ = 1000 L)
Pokus sa svijećom: svijeća pod prevrnutim cilindrom u vodi nakon nekog se vremena ugasi, a voda se u cilindru podigne. Kisik se potrošio gorenjem; ostali plinovi ne podržavaju gorenje. Zrak je, dakle, smjesa.
Atmosfera
| Sloj | Gornja granica | Važno je znati |
|---|---|---|
| troposfera | oko 20 km | oko 80 % mase atmosfere; vremenske promjene; lete zrakoplovi |
| stratosfera | oko 50 km | preostalih 20 % mase; najviše ozona |
| mezosfera | oko 85 km | |
| termosfera | oko 690 km | |
| egzosfera | oko 10 000 km |
Onečišćenje zraka
- Izgaranje fosilnih goriva, spaljivanje otpada i industrijski plinovi stvaraju smog.
- Voda u atmosferi otapa ugljikove, sumporove i dušikove okside pa nastaju kisele kiše. One oštećuju biljke i građevine od vapnenca.
- Porast količine ugljikova(IV) oksida otežava odlazak topline u svemir: pojačani učinak staklenika i globalno zatopljenje (taljenje leda na polovima, poplave, suše, oluje).
Ključni pojmovi
| zrak | homogena smjesa plinova: dušika, kisika, argona, ugljikova(IV) oksida i drugih |
|---|---|
| atmosfera | plinoviti omotač Zemlje |
| atmosferski tlak | tlak kojim atmosfera zbog svoje mase pritišće Zemlju (101 325 Pa na razini mora) |
| troposfera | najniži sloj atmosfere; sadrži oko 80 % njezine mase |
| kisele kiše | oborine u kojima su otopljeni oksidi ugljika, sumpora i dušika |
| učinak staklenika | zadržavanje topline u atmosferi; pojačava ga porast ugljikova(IV) oksida |
Vježba
Učionica je duga 6 m, široka 5 m i visoka 3 m. Kolika je masa zraka u njoj? (1 m³ zraka ima masu oko 1 kg)
kg
V = 6 m · 5 m · 3 m = 90 m³; m = 90 kg
Koliko je litara kisika u 200 L zraka? (φ(kisik) = 20,9 %)
L
V(kisik) = 0,209 · 200 L = 41,8 L
Koliko je litara argona u 500 L zraka? (φ(argon) = 0,90 %)
L
V(argon) = 0,009 · 500 L = 4,5 L
Koliko je litara ugljikova(IV) oksida u 1 m³ zraka? (φ = 0,04 %)
L
1 m³ = 1000 L; V = 0,0004 · 1000 L = 0,4 L
Smjesa je nastala miješanjem 4 L dušika i 1 L kisika. Koliki je volumni udio kisika?
%
V(smjesa) = 5 L; φ = 1 L / 5 L = 0,20 = 20 %
Zašto se balon na vrući zrak diže?
U pokusu sa svijećom pod cilindrom voda se podigne približno za petinu visine cilindra. Što to pokazuje?
Zašto tlak zraka opada s nadmorskom visinom?
Objasni kako nastaju kisele kiše i navedi dvije njihove posljedice.
Primjer odgovora: Izgaranjem fosilnih goriva u zrak dospijevaju oksidi ugljika, sumpora i dušika. Otapaju se u vodi u atmosferi i padaju kao kisela kiša. Posljedice: oštećuje se lišće i kora biljaka, nagrizaju se spomenici i građevine od vapnenca, zakiseljuju se vode i tlo.
Prema kojim pojavama iz svakodnevnoga života zaključuješ da zrak sadrži vodenu paru?
Primjer odgovora: Npr. rosa i magla, orošena čaša s hladnim pićem, zamagljeni prozori zimi, oblaci i oborine, rublje koje se suši.
5.2. Kisik i ozon
- opisati svojstva, dobivanje i upotrebu kisika
- objasniti oksidaciju, gorenje i ulogu ozonskoga sloja
- usporediti svojstva dušika, ugljikova(IV) oksida i plemenitih plinova
Sažetak
Kisik, O2
- Kisik je najzastupljeniji kemijski element u prirodi (zrak, voda, Zemljina kora, živi svijet).
- Fotosinteza: 6CO2(g) + 6H2O(l) → C6H12O6(aq) + 6O2(g) (uz Sunčevu energiju i klorofil) – Sunčeva energija pohranjuje se u glukozi. Najviše kisika proizvodi fitoplankton u morima.
- Stanično disanje: C6H12O6(aq) + 6O2(g) → 6H2O(l) + 6CO2(g) – oslobađa se energija potrebna za život.
- Svojstva: plin bez boje i mirisa, gušći od zraka, slabo topljiv u vodi, podržava gorenje, ali ne gori.
- Dokazivanje: tinjajuća treščica u kisiku se rasplamsa.
- Dobivanje: u laboratoriju zagrijavanjem kalijeva permanganata; u industriji elektrolizom vode i frakcijskom destilacijom tekućega zraka (99 % proizvodnje). Vrelište dušika je −196 °C, a kisika −183 °C.
- Upotreba: zavarivanje i rezanje, raketno gorivo, medicina, boce za ronioce, pilote, planinare i vatrogasce.
Oksidacija je spajanje tvari s kisikom. Nastaju oksidi: C(s) + O2(g) → CO2(g) 2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s)
- Gorenje je burna oksidacija: kemijska energija prelazi u toplinsku i svjetlosnu. Gorenjem drva nastaju ugljikov(IV) oksid, vodena para i pepeo.
- Truljenje i korozija spore su oksidacije.
Ozon, O3
- U stratosferi nastaje od kisika i čini ozonski sloj koji zaustavlja štetno ultraljubičasto zračenje.
- Ozonska rupa je dio ozonosfere s vrlo malo ozona. Ozon uništavaju plinovi iz rashladnih uređaja i raspršivača, neki pesticidi i sredstva za čišćenje.
- U troposferi je ozon štetan: nastaje zbog onečišćenja i dio je gradskoga smoga.
Ostali plinovi u zraku
| Plin | Svojstva | Upotreba i važnost |
|---|---|---|
| dušik, N2 | bez boje, okusa i mirisa; lakši od zraka; slabo reaktivan; ne gori i ne podržava gorenje | umjetna gnojiva; tekući dušik za čuvanje bioloških uzoraka; bakterije na korijenju djeteline pretvaraju ga u nitrate |
| ugljikov(IV) oksid, CO2 | bez boje i mirisa; gušći od zraka; ne podržava gorenje | fotosinteza; aparati za gašenje požara; pjenušava pića. Dokazuje se vapnenom vodom, koja se zamuti |
| plemeniti plinovi | u pravilu ne reagiraju (inertni) | argon u žaruljama, neon u rasvjeti, helij u ronilačkim bocama |
| vodena para | bezbojan plin, lakši od zraka; staklenički plin | oblaci i oborine; pogon turbina. Dokazuje se bezvodnim bakrovim(II) sulfatom, koji poplavi |
Izdahnuti zrak sadrži mnogo više ugljikova(IV) oksida nego atmosferski: brzo zamuti vapnenu vodu.
Ključni pojmovi
| oksidacija | proces spajanja tvari s kisikom |
|---|---|
| oksidi | spojevi elemenata s kisikom |
| gorenje | burna oksidacija uz oslobađanje topline i svjetlosti |
| frakcijska destilacija | odjeljivanje tekućih sastojaka smjese na temelju različitih vrelišta |
| ozonski sloj | sloj ozona u stratosferi koji zaustavlja ultraljubičasto zračenje |
| vapnena voda | reagens za ugljikov(IV) oksid; u dodiru s njim se zamuti |
Vježba
Kako dokazujemo plin?
1. kisik 2. ugljikov(IV) oksid 3. vodena para - a) bezvodni bakrov(II) sulfat poplavi
- b) tinjajuća treščica se rasplamsa
- c) vapnena voda se zamuti
Tekući zrak polako se zagrijava od −200 °C. Koji plin prvi ispari? (vrelišta: dušik −196 °C, kisik −183 °C)
Pri zagrijavanju se najprije dosegne niža temperatura, −196 °C.
Koliko je ukupno atoma kisika na lijevoj strani jednadžbe fotosinteze, 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2?
6 · 2 + 6 · 1 = 18. Desno: 6 + 6 · 2 = 18 – jednadžba je izjednačena.
Za pokus treba 300 mL smjese kisika i dušika u omjeru volumena 1 : 2. Koliko je mililitara kisika potrebno?
mL
Ukupno su 3 dijela; jedan dio je 300 mL : 3 = 100 mL kisika (i 200 mL dušika).
Željezni čavao dugo je stajao na vlažnom zraku i masa mu se povećala. Zašto?
Zašto se vrećice čipsa pune dušikom, a ne zrakom ili kisikom?
Zašto je opasno ući u neprozračeni vinski podrum tijekom vrenja mošta?
Koja je tvrdnja o ozonu točna?
U kojoj će vodi biti više otopljenoga kisika: u toplom jezeru ili u hladnom planinskom potoku? Objasni.
Primjer odgovora: U hladnom planinskom potoku. Topljivost plinova u vodi veća je pri nižoj temperaturi (a potok se uz to stalno miješa sa zrakom).
Je li gorenje magnezija egzotermna ili endotermna promjena? Obrazloži i napiši jednadžbu reakcije.
Primjer odgovora: Egzotermna: oslobađaju se toplina i jaka svjetlost. 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s).
5.3. Voda
- opisati raspodjelu vode na Zemlji i hidrološki ciklus
- razlikovati tvrdu, meku, mineralnu, destiliranu i redestiliranu vodu
- navesti značajke vode za piće i izvore onečišćenja voda
Sažetak
- Hidrosfera je vodeni omotač Zemlje – voda u sva tri agregacijska stanja.
- U tijelu novorođenčeta je oko 80 % vode, odrasle osobe 60 – 65 %, a starije osobe oko 55 %.
| Gdje je voda na Zemlji | Udio |
|---|---|
| mora i oceani | 96,5 % |
| ledenjaci | 1,7 % |
| površinske i podzemne slatke vode | 1,7 % |
| atmosfera i biosfera | ostatak (oko 0,1 %) |
Za piće je dostupno manje od 1 % vode na Zemlji; najveće su zalihe pod zemljom.
Hidrološki ciklus
Voda u prirodi neprestano kruži. Pokreće je Sunčeva energija: voda hlapi iz mora, jezera i tla → vodena para se u visini hladi i kondenzira u oblake → oborine padaju u površinske vode ili kroz tlo dolaze do podzemnih voda.
Vrste voda
| Voda | Što sadrži | Primjer i upotreba |
|---|---|---|
| tvrda | mnogo otopljenih soli, najviše kalcijevih i magnezijevih | morska i riječna voda; zagrijavanjem se taloži kamenac |
| mineralna | više od 1 g otopljenih mineralnih tvari po litri | često kiselkasta zbog ugljikova(IV) oksida; ljekovite vode |
| meka | malo ili nimalo kalcijevih i magnezijevih soli | kišnica (sadrži samo otopljene plinove) |
| destilirana | uklonjene mineralne tvari (mogu ostati male količine) | laboratorij, glačala |
| redestilirana | kemijski potpuno čista voda (višestruka destilacija) | priprava lijekova, infuzije |
- Tvrdoću ispitujemo isparavanjem: tvrda voda na satnom staklu ostavlja bijeli trag, a meka ne.
- Isparavanje se događa pri vrelištu, a hlapljenje pri temperaturi nižoj od vrelišta.
- Okus vode: slana (natrijev klorid), slatka (vapnenac), gorka (magnezijev sulfat), kisela (ugljikov(IV) oksid).
Voda za piće
Mora biti bistra, bez boje i mirisa, bez otrovnih tvari i patogenih bakterija, s najviše 0,1 % otopljenih mineralnih tvari. Prije upotrebe prolazi mehaničku, kemijsku i mikrobiološku obradu.
Onečišćenje voda
- Umjetna gnojiva ispiru se u površinske i podzemne vode.
- Neobrađene otpadne vode nose organski otpad, deterdžente, naftne derivate, kiseline i spojeve teških metala. Njihovom razgradnjom troši se kisik u vodi pa živa bića ugibaju.
- Plastika i mikroplastika nakupljaju se u morima; čestice su nađene i u probavilu riba iz Jadrana.
Ključni pojmovi
| hidrosfera | vodeni omotač Zemlje; voda u sva tri agregacijska stanja |
|---|---|
| hidrološki ciklus | neprestano kruženje vode u prirodi koje pokreće Sunčeva energija |
| tvrda voda | voda s mnogo otopljenih soli, najviše kalcijevih i magnezijevih |
| meka voda | voda s malo ili nimalo otopljenih kalcijevih i magnezijevih soli |
| mineralna voda | voda s više od 1 g otopljenih mineralnih tvari po litri |
| redestilirana voda | kemijski potpuno čista voda dobivena višestrukom destilacijom |
Vježba
Kolika je masa vode u tijelu čovjeka mase 80 kg ako je maseni udio vode 65 %?
kg
m(voda) = 0,65 · 80 kg = 52 kg
Novorođenče ima masu 3,5 kg, a maseni udio vode u tijelu je 80 %. Kolika je masa vode?
kg
m(voda) = 0,80 · 3,5 kg = 2,8 kg
Zamisli da je sva voda na Zemlji 1000 L. Koliko bi litara bile površinske i podzemne slatke vode (1,7 %)?
L
0,017 · 1000 L = 17 L. U morima bi bilo 965 L.
U boci od 1,5 L vode otopljeno je 2,4 g mineralnih tvari. Koliko je to grama po litri?
g/L
2,4 g : 1,5 L = 1,6 g/L
Je li voda iz prethodnoga zadatka mineralna voda?
Zašto se u glačalo ulijeva destilirana, a ne vodovodna voda?
Kap kišnice i kap morske vode ispare na satnom staklu. Što ćeš opaziti?
Poveži korak hidrološkoga ciklusa s promjenom.
1. voda iz mora odlazi u zrak 2. vodena para u visini prelazi u kapljice 3. voda se iz oblaka vraća na Zemlju - a) hlapljenje
- b) kondenzacija
- c) oborine
Otpadne vode pune organskoga otpada puštene su u jezero i ribe su počele ugibati, iako otpad nije otrovan. Objasni.
Primjer odgovora: Razgradnjom organskoga otpada u vodi troši se otopljeni kisik. Kad kisika ponestane, ribe i druga živa bića ne mogu disati pa ugibaju, a prirodna ravnoteža se narušava.
Predloži pokus kojim ćeš ispitati je li vodovodna voda u tvojem mjestu tvrda ili meka.
Primjer odgovora: Na čisto satno staklo (ili tamnu podlogu) staviti nekoliko kapi vodovodne vode i pustiti da ispari, a za usporedbu isto učiniti s destiliranom vodom. Ako ostane bijeli trag, voda je tvrda; što je trag izraženiji, voda je tvrđa.
5.4. Svojstva kemijski čiste vode
- navesti fizikalna svojstva čiste vode
- objasniti anomaliju vode i njezinu važnost za život
- objasniti utjecaj tlaka i otopljenih tvari na vrelište i ledište te površinsku napetost i kapilarnost
Sažetak
- Kemijski čista voda je bistra tekućina bez okusa i mirisa. U tankom je sloju bezbojna, a u debelom plava.
- Pri normalnom tlaku ledište je 0 °C, a vrelište 100 °C.
- Tlak utječe na vrelište: povećanjem tlaka vrelište raste, a smanjenjem pada.
- Voda je dobro otapalo za većinu anorganskih i neke organske tvari. Otapaju se šećer, sol, limunska kiselina, soda bikarbona; ne otapaju se kreda, vapnenac, jod. S vodom se miješaju ocat i etanol, a ulje ne.
- Topljivost plinova u vodi smanjuje se povišenjem temperature, a raste povećanjem tlaka (zato gazirano piće zapjeni kad otvorimo bocu).
Anomalija vode
Voda ima najveću gustoću pri 4 °C. Daljnjim hlađenjem gustoća joj se smanjuje, pa je led rjeđi od tekuće vode i pluta.
Zato se jezera zaleđuju od površine, a pri dnu ostaje tekuća voda od 4 °C u kojoj živa bića preživljavaju zimu. Kad se voda smrzava, širi se – zato zimi pucaju cijevi i asfalt.
Otopine
Otopine imaju niže ledište i više vrelište od čistoga otapala. Slana voda ledi se ispod 0 °C – zato se ceste zimi posipaju solju.
Površinska napetost i kapilarnost
- Površinska napetost je sila na površini vode. Nastaje jer se čestice vode međusobno privlače jače nego čestice vode i zraka, pa su površinske čestice povučene prema unutrašnjosti. Zato kukac kopnica hoda po vodi, a spajalica pluta.
- Kapilarnost je kretanje tekućine uskim prostorima (kapilarama) zbog privlačenja čestica tekućine i stijenki. Tako voda iz tla dolazi do svih dijelova biljke.
Ključni pojmovi
| ledište i vrelište vode | 0 °C i 100 °C pri normalnom tlaku |
|---|---|
| anomalija vode | pojava da voda ima najveću gustoću pri 4 °C |
| površinska napetost | sila na površini tekućine nastala zbog međusobnoga privlačenja njezinih čestica |
| kapilarnost | sposobnost tekućine da se kreće uskim prostorima – kapilarama |
Vježba
Zašto se jaje dulje kuha na vrhu visoke planine nego u podnožju?
U ekspres-loncu hrana se skuha brže. Zašto?
Zimi je površina jezera zaleđena. Kolika je temperatura vode pri dnu dubokoga jezera?
Gustoća leda je oko 0,92 g/cm³. Koliki volumen ima komad leda mase 460 g?
cm³
V = m / ρ = 460 g / 0,92 g/cm³ = 500 cm³. Jednaka masa tekuće vode zauzima samo 460 cm³.
Staklena boca puna vode ostavljena je u zamrzivaču i pukla je. Zašto?
Zašto se ceste zimi posipaju solju?
Kad otvoriš bocu gaziranoga pića, naglo izlaze mjehurići. Zašto?
Objasni kako anomalija vode omogućuje život u zaleđenim jezerima.
Primjer odgovora: Voda je najgušća pri 4 °C pa takva voda tone na dno, a hladnija voda i led ostaju na površini jer su rjeđi. Jezero se zato ledi odozgo, led izolira vodu ispod sebe, a pri dnu ostaje tekuća voda u kojoj živa bića preživljavaju.
Spajalica pažljivo položena na vodu pluta, iako je čelik gušći od vode. Objasni.
Primjer odgovora: Drži je površinska napetost: čestice vode na površini jače su privučene prema unutrašnjosti tekućine pa se površina ponaša poput napete opne. Ako spajalicu uronimo, potonut će.
5.5. Vodik i ostali energenti
- opisati svojstva, dobivanje i upotrebu vodika
- usporediti vodik s fosilnim gorivima kao izvor energije
- razlikovati obnovljive i neobnovljive izvore energije
Sažetak
Vodik, H2
- Najrasprostranjeniji element u svemiru (više od 70 % mase). Masu Sunca čini 71 % vodika i 28 % helija. Pretvorbom vodika u helij oslobađa se Sunčeva energija.
- Na Zemlji ga elementarnoga ima vrlo malo; najznačajniji mu je spoj voda.
- Dobivanje u laboratoriju: Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g) ili elektrolizom vode. Skuplja se pod vodom ili u epruvetu okrenutu otvorom prema dolje.
- Svojstva: bezbojan plin, najlakši od svih (gustoća 0,0899 g/L), lako zapaljiv; gori, ali ne podržava gorenje.
- Pomiješan sa zrakom čini eksplozivnu smjesu – plin praskavac. Najburnije reagira kad je omjer volumena vodika i kisika 2 : 1.
- Gorenje vodika: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) – egzotermna reakcija.
- Upotreba: sinteza amonijaka i klorovodične kiseline, proizvodnja čvrstih biljnih masti iz ulja, zavarivanje i rezanje metala (do 2700 °C), raketno gorivo.
| Vodik kao gorivo – prednosti | Vodik kao gorivo – nedostatci |
|---|---|
| oslobađa gotovo 2,5 puta više energije nego benzin; gorenjem nastaje samo voda | nije prirodno gorivo – za dobivanje se troši mnogo energije; teško se skladišti (čelične boce pod tlakom, veliki i čvrsti spremnici) |
Ostali energenti
- Fosilna goriva – ugljen, nafta i zemni plin – neobnovljivi su izvori energije ograničenih zaliha.
- Obnovljivi izvori: energija vjetra, Sunca, vode, biomase, geotermalna energija.
- Nafta je homogena smjesa velikoga broja organskih spojeva, pretežito ugljikovodika. Gusta je, masna na opip, zapaljiva i rjeđa od vode pa pluta. Sastojci se odjeljuju frakcijskom destilacijom jer imaju različita vrelišta.
- Naftni barel iznosi 159 L.
- Izlivena nafta truje organizme i lijepi se na perje i krzno. Izgaranjem fosilnih goriva nastaju ugljikov(IV) oksid (klimatske promjene) i plinovi koji uzrokuju kisele kiše.
Ključni pojmovi
| vodik | najlakši plin; gori, ali ne podržava gorenje |
|---|---|
| plin praskavac | eksplozivna smjesa vodika i zraka (kisika) |
| fosilna goriva | ugljen, nafta i zemni plin; neobnovljivi izvori energije |
| obnovljivi izvori energije | energija vjetra, Sunca, vode, biomase i geotermalna energija |
| nafta | homogena smjesa organskih spojeva, pretežito ugljikovodika |
| naftni barel | mjerna jedinica za volumen nafte; 159 L |
Vježba
Usporedi plinove.
1. vodik 2. kisik 3. dušik 4. ugljikov(IV) oksid - a) gori, a ne podržava gorenje
- b) ne gori i ne podržava gorenje; lakši od zraka
- c) ne podržava gorenje; gušći od zraka
- d) podržava gorenje, a ne gori
Kolika je masa 10 L vodika? (gustoća vodika je 0,0899 g/L)
g
m = ρ · V = 0,0899 g/L · 10 L = 0,899 g. Jednak volumen zraka ima masu oko 10 g.
Tanker prevozi 100 barela nafte. Koliko je to litara? (1 barel = 159 L)
L
Koji koeficijent nedostaje? Zn + … HCl → ZnCl2 + H2
Desno su 2 atoma klora i 2 atoma vodika, pa trebaju 2 HCl.
Zašto se vodik skuplja u epruvetu okrenutu otvorom prema dolje?
Zašto se dječji baloni pune helijem, a ne vodikom, iako je vodik lakši?
Kad se zapaljena treščica prinese epruveti s vodikom, čuje se prasak, a stijenka se orosi. Što je nastalo?
2H2 + O2 → 2H2O
Kojim se postupkom nafta razdvaja na sastojke i koje svojstvo se pri tome koristi?
Vodik se naziva ekološki prihvatljivim gorivom. Navedi jedan razlog za tu tvrdnju i jedan problem koji je dovodi u pitanje.
Primjer odgovora: Za: gorenjem vodika nastaje samo voda, a oslobađa se gotovo 2,5 puta više energije nego gorenjem benzina. Problem: vodika nema u prirodi kao goriva; dobiva se npr. elektrolizom vode, za što treba mnogo energije – ako ona dolazi iz fosilnih goriva, onečišćenje se samo premješta. Uz to se teško skladišti.
Zašto za fosilna goriva kažemo da su neobnovljivi izvori energije i koji su negativni učinci njihove upotrebe?
Primjer odgovora: Nastajala su milijunima godina, a trošimo ih mnogo brže nego što nastaju, pa su im zalihe ograničene. Izgaranjem nastaju ugljikov(IV) oksid (pojačani učinak staklenika, klimatske promjene) i oksidi koji uzrokuju kisele kiše; prijevoz nafte prijeti izlijevanjem u more.
5.6. Tlo
- opisati sastav i nastanak tla
- usporediti svojstva pjeskovitoga, ilovastoga i glinastoga tla
- objasniti zašto je tlo neobnovljivo bogatstvo i kako se onečišćuje
Sažetak
Tlo (pedosfera) je rastresiti sloj Zemlje sastavljen od krutih, tekućih i plinovitih tvari. Nalazi se između Zemljine kore (litosfere) i atmosfere.
- Tlo nastaje dugotrajnim usitnjavanjem matične stijene, uz djelovanje klime, reljefa i živih bića.
- Sastoji se od čvrstih čestica, vode i zraka te živih organizama i ostataka uginulih organizama.
- Čvrste čestice prema veličini: šljunak (veće od 2 mm) → pijesak → prah (0,05 – 0,002 mm) → glina (manje od 0,002 mm).
- Mineralne tvari u tlu: željezo, kalcij, kalij i magnezij. Biljke trebaju i dušik.
| Tlo | Voda i zrak | Hranjive tvari | pH |
|---|---|---|---|
| šljunčano i pjeskovito | prozračno, ali ne zadržava vodu | siromašno – nije pogodno za biljke | 5,3 – 5,7 (kiselo) |
| ilovasto (najviše praha) | dobro zadržava vodu, dovoljno prozračno | zadržava hranjive tvari – najbolje za uzgoj | 6,8 – 7 |
| glinasto | teško propušta vodu i zrak; ljepljivo i zbijeno | obiluje hranjivim tvarima | 6,9 – 7 |
- Humus nastaje u površinskom sloju razgradnjom uginulih organizama. Crn je, rahao, bogat mineralima i zadržava vodu. Svako plodno tlo sadrži humus.
- Boja tla: crvenica je crvena zbog željezovih oksida, a crnica crna zbog humusa.
- Površina tla brzo se zagrijava i hladi, a temperatura dubljih slojeva je razmjerno stalna.
- Tlo je neobnovljivo bogatstvo: nastaje vrlo sporo, a uništava se brzo. Važno je kao stanište, za uzgoj hrane i kao izvor sirovina (šljunak, pijesak, boksit, ugljen).
- Onečišćenje: umjetna gnojiva, ispiranje tla i nepravilno odlaganje otpada zakiseljuju tlo (smanjuju mu pH). Krčenjem šuma i gradnjom gubi se plodno tlo i pojačava erozija.
Ključni pojmovi
| tlo (pedosfera) | rastresiti sloj Zemlje od krutih, tekućih i plinovitih tvari, između litosfere i atmosfere |
|---|---|
| humus | tamni sloj tla nastao razgradnjom uginulih organizama; čini tlo plodnim |
| ilovača | tlo s najviše čestica praha; najpogodnije za uzgoj biljaka |
| crvenica i crnica | tlo crveno od željezovih oksida; tlo crno od humusa |
| erozija | odnošenje tla vodom i vjetrom; pojačava je nestanak vegetacije |
Vježba
Maseni udjeli sastojaka tla su: mineralne tvari 40 %, humus 10 %, voda 30 %, a ostatak je zrak. Koliki je maseni udio zraka?
%
100 % − 40 % − 10 % − 30 % = 20 %
Kolika je masa humusa u 800 g tla iz prethodnoga zadatka?
g
m(humus) = 0,10 · 800 g = 80 g
Kolika je ukupna masa čvrstih tvari (mineralne tvari i humus) u 250 g toga tla?
g
Čvrste tvari čine 40 % + 10 % = 50 %; 0,50 · 250 g = 125 g.
Koji je niz čestica tla poredan od najmanjih prema najvećima?
Kroz uzorak tla voda proteče gotovo trenutačno, a tlo se ne može oblikovati u kuglicu. Koje je to tlo i kakav mu je pH?
Zašto je ilovasto tlo najbolje za uzgoj biljaka?
Dugotrajna upotreba umjetnih gnojiva i kisele kiše mijenjaju pH tla. Kako?
Zašto za tlo kažemo da je neobnovljivo bogatstvo, iako stalno nastaje?
Primjer odgovora: Zato što nastaje iznimno sporo, dugotrajnim usitnjavanjem stijena i razgradnjom organizama, a uništava se vrlo brzo – gradnjom, krčenjem šuma, erozijom i onečišćenjem. Obnova je toliko spora da izgubljeno tlo ne možemo nadoknaditi.
Šuma na padini je posječena. Opiši lanac posljedica za tlo.
Primjer odgovora: Bez korijenja i krošanja tlo više ništa ne veže ni ne štiti, pa ga kiša i vjetar odnose – pojačava se erozija. Gubi se plodni sloj s humusom, biljke teže rastu, a s vremenom se mijenja i klima toga područja.
Kartice za ponavljanje
Pročitaj pitanje, odgovori naglas pa okreni karticu. Kartice koje ne znaš vratit će se na kraj špila.
Izreži kartice po vodoravnim crtama i presavij ih po sredini: pitanje je s jedne, a odgovor s druge strane.
Završni test: Zrak, voda i tlo – tvari neophodne za život
Riješi test bez gledanja u sažetke. Svako pitanje nosi 1 bod.
Bodovi: ______ / 20
Koji je niz plinova poredan prema volumnom udjelu u zraku, od najvećega prema najmanjem?
Koliko je litara dušika u 50 L zraka? (φ(dušik) = 78,10 %)
L
Kolika je masa zraka u sobi volumena 40 m³? (1 m³ zraka ima masu oko 1 kg)
kg
Koja je posljedica naglog porasta količine ugljikova(IV) oksida u atmosferi?
U epruveti je bezbojan plin. Tinjajuća treščica u njemu se rasplamsa. Koji je to plin?
Reakcija 2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s) je:
Što štiti život na Zemlji od ultraljubičastoga zračenja?
Kroz vapnenu vodu puhneš slamkom i ona se zamuti. Što si dokazao?
Kolika je masa vode u tijelu osobe mase 60 kg ako je maseni udio vode 55 %?
kg
Poveži vodu s opisom.
1. kišnica 2. morska voda 3. mineralna voda 4. redestilirana voda - a) kemijski potpuno čista voda
- b) meka prirodna voda
- c) tvrda voda s mnogo otopljenih soli
- d) više od 1 g mineralnih tvari po litri
Što pokreće kruženje vode u prirodi?
Pri kojoj temperaturi voda ima najveću gustoću?
Slana voda u odnosu na čistu vodu ima:
Voda se u biljci penje od korijena do lišća uskim cjevčicama. Koje svojstvo to omogućuje?
Kolika je masa 100 L vodika? (gustoća vodika je 0,0899 g/L)
g
Koja je tvrdnja o vodiku točna?
Razvrstaj izvore energije.
1. nafta 2. energija vjetra - a) neobnovljivi – fosilno gorivo
- b) obnovljivi
Tlo sadrži 45 % mineralnih tvari, 5 % humusa i 25 % vode, a ostatak je zrak. Koliki je maseni udio zraka?
%
Kolika je masa humusa u 500 g tla iz prethodnoga zadatka?
g
Tlo je vrlo ljepljivo, stiskanjem postaje glatko i sjajno i teško propušta vodu. To je:
Rješenja
5.1. Zrak
- 90 kg
- 41,8 L
- 4,5 L
- 0,4 L
- 20 %
- b) jer zagrijani zrak ima manju gustoću od hladnijega zraka oko balona
- d) da kisik čini približno petinu volumena zraka
- a) jer je iznad nas sve manje zraka i on je sve rjeđi
- Izgaranjem fosilnih goriva u zrak dospijevaju oksidi ugljika, sumpora i dušika. Otapaju se u vodi u atmosferi i padaju kao kisela kiša. Posljedice: oštećuje se lišće i kora biljaka, nagrizaju se spomenici i građevine od vapnenca, zakiseljuju se vode i tlo.
- Npr. rosa i magla, orošena čaša s hladnim pićem, zamagljeni prozori zimi, oblaci i oborine, rublje koje se suši.
5.2. Kisik i ozon
- 1–b, 2–c, 3–a
- c) dušik, jer ima niže vrelište
- 18
- 100 mL
- b) jer se željezo spojilo s kisikom iz zraka pa hrđa sadrži i masu vezanoga kisika
- a) jer je dušik slabo reaktivan pa ne dolazi do oksidacije (kvarenja) masnoća
- d) jer nastaje ugljikov(IV) oksid koji je gušći od zraka pa se nakuplja pri dnu i istiskuje kisik
- c) u stratosferi nas štiti od ultraljubičastoga zračenja, a u troposferi je štetan sastojak smoga
- U hladnom planinskom potoku. Topljivost plinova u vodi veća je pri nižoj temperaturi (a potok se uz to stalno miješa sa zrakom).
- Egzotermna: oslobađaju se toplina i jaka svjetlost. 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s).
5.3. Voda
- 52 kg
- 2,8 kg
- 17 L
- 1,6 g/L
- b) da, jer ima više od 1 g otopljenih mineralnih tvari po litri
- d) jer se iz tvrde vodovodne vode zagrijavanjem taloži kamenac koji začepljuje glačalo
- a) morska voda ostavlja bijeli trag soli, a kišnica ne ostavlja trag
- 1–a, 2–b, 3–c
- Razgradnjom organskoga otpada u vodi troši se otopljeni kisik. Kad kisika ponestane, ribe i druga živa bića ne mogu disati pa ugibaju, a prirodna ravnoteža se narušava.
- Na čisto satno staklo (ili tamnu podlogu) staviti nekoliko kapi vodovodne vode i pustiti da ispari, a za usporedbu isto učiniti s destiliranom vodom. Ako ostane bijeli trag, voda je tvrda; što je trag izraženiji, voda je tvrđa.
5.4. Svojstva kemijski čiste vode
- c) jer je na visini tlak manji pa voda vrije na temperaturi nižoj od 100 °C
- a) jer je u zatvorenom loncu tlak veći pa voda vrije na temperaturi višoj od 100 °C
- d) oko 4 °C, jer je tada voda najgušća pa tone na dno
- 500 cm³
- b) jer led ima manju gustoću od vode pa pri smrzavanju zauzme veći volumen
- c) jer slana voda ima niže ledište od čiste vode pa se ne ledi pri 0 °C
- a) jer se smanjio tlak pa se smanjila i topljivost plina
- Voda je najgušća pri 4 °C pa takva voda tone na dno, a hladnija voda i led ostaju na površini jer su rjeđi. Jezero se zato ledi odozgo, led izolira vodu ispod sebe, a pri dnu ostaje tekuća voda u kojoj živa bića preživljavaju.
- Drži je površinska napetost: čestice vode na površini jače su privučene prema unutrašnjosti tekućine pa se površina ponaša poput napete opne. Ako spajalicu uronimo, potonut će.
5.5. Vodik i ostali energenti
- 1–a, 2–d, 3–b, 4–c
- 0,899 g
- 15900 L
- 2
- d) jer je mnogo lakši od zraka pa se diže i ostaje u epruveti
- b) jer je vodik zapaljiv i sa zrakom čini eksplozivnu smjesu, a helij je inertan
- a) voda
- c) frakcijskom destilacijom – različita vrelišta
- Za: gorenjem vodika nastaje samo voda, a oslobađa se gotovo 2,5 puta više energije nego gorenjem benzina. Problem: vodika nema u prirodi kao goriva; dobiva se npr. elektrolizom vode, za što treba mnogo energije – ako ona dolazi iz fosilnih goriva, onečišćenje se samo premješta. Uz to se teško skladišti.
- Nastajala su milijunima godina, a trošimo ih mnogo brže nego što nastaju, pa su im zalihe ograničene. Izgaranjem nastaju ugljikov(IV) oksid (pojačani učinak staklenika, klimatske promjene) i oksidi koji uzrokuju kisele kiše; prijevoz nafte prijeti izlijevanjem u more.
5.6. Tlo
- 20 %
- 80 g
- 125 g
- b) glina, prah, pijesak, šljunak
- d) pjeskovito, pH 5,3 – 5,7
- a) jer dobro zadržava vodu i hranjive tvari, a ipak je dovoljno prozračno
- c) pH se smanjuje i tlo postaje kiselije
- Zato što nastaje iznimno sporo, dugotrajnim usitnjavanjem stijena i razgradnjom organizama, a uništava se vrlo brzo – gradnjom, krčenjem šuma, erozijom i onečišćenjem. Obnova je toliko spora da izgubljeno tlo ne možemo nadoknaditi.
- Bez korijenja i krošanja tlo više ništa ne veže ni ne štiti, pa ga kiša i vjetar odnose – pojačava se erozija. Gubi se plodni sloj s humusom, biljke teže rastu, a s vremenom se mijenja i klima toga područja.
Završni test
- c) dušik, kisik, argon, ugljikov(IV) oksid
- 39,05 L
- 40 kg
- b) pojačani učinak staklenika i globalno zatopljenje
- d) kisik
- a) oksidacija i sinteza
- c) ozonski sloj u stratosferi
- b) da izdahnuti zrak sadrži ugljikov(IV) oksid
- 33 kg
- 1–b, 2–c, 3–d, 4–a
- d) Sunčeva energija
- a) pri 4 °C
- c) niže ledište i više vrelište
- b) kapilarnost
- 8,99 g
- d) gori, a gorenjem nastaje voda
- 1–a, 2–b
- 25 %
- 25 g
- a) glinasto tlo