Проект по химии

Проектная работа по химии

Вода-основа жизни

Выполнили ученицы 11 «А» класса

Иванцова Дарья, Филева Юлия

Руководитель: Жукова Наталия Геннадьевна

2016

Вода – основа жизни

Содержание:

Введение

Глава I Теоретическая часть

1.1. Вода – самое распространенное вещество на Земле

1.2. Запасы воды в Малоярославецком районе

1.3. Роль воды в живом организме

1.4. Вода и здоровье человека

1.5. Методы очистки воды в домашних условиях

1.6. Общая жесткость

Глава II Практическая часть

2.1. Социологический опрос

2.2. Сравнение жесткости различных образцов воды

2.2.1. Определение общей жесткости воды в домашних условиях

2.2.2. Определение общей жесткости воды в лабораторных условиях

Вывод

Список литературы

Цель: Выяснить роль воды в жизни и здоровье человека, научиться определять жесткость различных образцов воды

Задачи:

1. Определить роль воды в живом организме и ее значение в жизни

2. Найти и изучить методы определения жесткости воды в домашних и лабораторных условиях

3. Сделать сравнение жесткости различных образцов воды

Введение

В жизни людей вода занимает особое место. Вместе с землей и воздухом она окружает человека, сопровождает его на протяжении всей жизни и порой даже не привлекает особого внимания. Вода существует - и этого вполне достаточно. Для проживающего в городах цивилизованного человека очень часто общение с субстанцией, покрывающей более половины поверхности планеты, осуществляется через водопроводный кран на кухне или в ванной комнате. И только в экстремальных ситуациях – отключение водопровода, прорыв системы отопления – или во время отдыха с выездом на водный объект мы начинаем ценить воду как одно из основных условий жизни на Земле. Ежедневно мы выпиваем около 2,5 литров воды, а за все время жизни - такое ее количество, которое в сотни, раз превышает человеческий вес. Без воды человек не может обходиться, но на состояние нашего здоровья влияет не только количество выпитой воды, а и ее качество.

Основным показателем качества воды является ее влияние на здоровье человека. А если вода не соответствует стандартам и в ней содержатся различного рода примесей, то, безусловно, они оказывают далеко неблаготворное влияние на здоровье, вызывая различные заболевания. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) вода содержит 13 тысяч потенциально токсичных элементов; 80% заболеваний передается водой; 25 миллионов человек ежегодно умирают от них.

Глава I Теоретическая часть

1.1. Вода – самое распространенное вещество на Земле

Вода – это самое главное, самое важное вещество в окружающем нас мире. Она и знакома, и незнакома, и известна, и загадочна…Ни на одной планете нет такого количества воды, как на Земле. Вода повсюду. Природная вода! Взгляните на небо, и вы увидите облака или тучи, которые тянутся на многие километры. Как легко плывут они! Но не воображайте, что они невесомы. Масса 1км3 облаков составляет около 2000 т, а в атмосфере Земли водяного пара около 12300 км3, и это тоже природная вода. Все знают текущие по суше потоки: ручьи, речушки, реки. Иногда они широко и вольно разливаются по равнине, иногда образуют мощные стремнины, падают с высоты десятков и сотен метров водопадами, неся свои воды в океаны и моря. Около 71% поверхности нашей Земли покрыто Мировым океаном, составляющим около 97% всех поверхностных вод и половину литосферных.

Все живое на нашей планете на 2/3 состоит из воды. На первом месте в живом веществе по массе стоят микроорганизмы, на втором - растения, на третьем – животные, на последнем – человек.

Бактерии на 81% состоят из воды, споры на 50%, ткани животных в среднем на 70%, лимфа – 90%. Самая богатая водой ткань - стекловидное тело глаза, которое содержит до 99% влаги, самая бедная – зубная эмаль- всего лишь 0,2%.

Большое значение для жизни на Земле имеет водный баланс пресной воды.

Основные запасы пресной воды на Земле сосредоточены в снежно-ледовых образованиях и подземных водах – около 35 млн. км³ или 2,5% всего объема воды в гидросфере. Хотя снежно-ледовые образования и подземные воды играют существенную роль в водоснабжении некоторых районов, но они труднодоступны, и в мировом масштабе их использование не имеет пока практического значения.

Непосредственно доступные пресные воды (пресные озера, содержащие 91 тыс. км3 воды, и реки) составляют лишь 0,007% всей воды на Земле или 0,26% общего запаса пресных вод на Земле.

В среднем на одного жителя Земли приходится 8 тыс. м3 пресной воды в год, на одного жителя Европы – 4,6 тыс. м3\год, для азиатского континента эта величина равна 5,2 тыс. м3\год.

Так много или мало воды на Земле? Очень мало! От всего объема Земли на воду приходится около 2,5 млрд. км3. Водная оболочка Земли составляет 1,5 млрд. км3, а остальная находится в глубоких слоях земной коры. Большая часть воды - соленая, а пригодной для жизни, пресной, всего около 5 млн. км3. Человеку же с каждым годом требуется все больше пресной, чистой воды. Человечеству угрожает кризис из –за загрязнения воды. Некоторые страны уже испытывают нехватку чистой пресной воды и вынуждены ввозить ее из-за рубежа. Воду надо беречь.

В конце ΧΙΧ века горожанину хватало полтора ведра воды в сутки – и на мытье, и даже на тушение пожаров. Нынешняя норма – свыше 18 ведер, т.е. 220 л. На деле мы и в эту ному не укладываемся, расходуя 30-40 ведер на человека.

«Эталонное» 12-литровое ведро несильная струя воды заполняет за минуту. Вы простояли под душем 5 мин – 60 л. воды убежали в канализацию. Этого с лихвой хватит, чтобы аккуратно вымыть слона. Струйкой толщиной со спичку литровая банка наполняется за 3 мин. Этот эксперимент позволяет установить, что за сутки из неисправного крана утекает минимум 500 л.

Существует расхожее мнение, что промышленность тратит львиную долю воды. На самом деле на выпуск 1 т стали уходит 150 м3, хлопчатобумажной ткани – 1000 м3, искусственного волокна – 3000 м3 водопроводной воды, при производстве 1 т нефти – 18 т, 1т бумаги – 200 т, 1 т синтетического волокна – 3,5 тыс. тонн. В мире 70% пресной воды используется для сельскохозяйственных нужд. Например, при выращивании 1 т пшеницы расходуется 1,5 тыс. тонн воды, а 1 т риса – 7 тыс. тонн. Большая часть вод, участвующих в производстве, полной очистке не подвергается. Более того, именно в развивающихся странах, в которых нехватка пресной воды ощущается наиболее остро, 90-95% сточных вод и 70% производственных отходов сбрасывается в воду в вообще необработанном виде, что загрязняет ее имеющиеся запасы еще больше.

Из воды, поступающей в Москву ежесуточно, заводы и фабрики забирают лишь четверть. Столько же идет в столовые, детские сады, больницы. Остальное – в жилые дома.

А ведь экономить воду без всякого гигиенического ущерба совсем не сложно. Скажем, зубы после чистки можно прополоскать из стакана, закрыв кран. Экономия – 5 л. воды за одну человеко-чистку. Во время бритья можно, вместо того чтобы открыть кран с горячей водой, налить, как в старину, воду из чайника в стакан, на бритье уйдет не 5-10 л., а всего 0,2, а бреющихся миллионы…

Хозяйки считают, что полоскать белье после стирки надо в проточной воде. Конечно, так белье выполаскивается быстрее, поскольку градиент концентрации стирального порошка на поверхности белья и омывающей его воде больше, чем в непроточной, а значит, и скорость диффузии больше. Но зато расход воды велик. Современные моющие средства вымываются из чистого белья и после того, как оно полежит в непроточной воде 10-15 мин. Сменив воду, белье можно выполоскать дочиста. Кстати, в стиральных машинах белье полощется также в двух-трех водах, а не в проточной воде.

Мыть посуду лучше всего в раковине с двумя отделениями и пробками для сливных отверстий. Так же можно мыть овощи.

Объем мирового расхода возобновляемых пресных вод в 1975 г. он составил 7% водных ресурсов Земли, а в 1990 г. – около 10%. На долю США в 1975 г. приходилось около 20% мирового потребления воды, а на долю СССР – около 10%. В 1992 г. в России было использовано 90 км3 чистой пресной воды, что составило 2% мирового водопотребления.

Следует обратить внимание на то, что расходы на хозяйственно-питьевое снабжение населения в России почти в 3 раза превышают соответствующий мировой показатель. Установленная мировая норма расхода воды на одного жителя города ( с учетом всех его физиологических и бытовых потребностей) – 200 л\сут. В Москве расход воды на одного жителя составляет 400 л\сут., тогда как в Лондоне – 170 л\сут., в Париже – менее 160 л\сут., а в Брюсселе – 85 л\сут.

Каждый человек должен сделать все возможное для сохранения и улучшения качества пресной воды, увеличения ее количества для будущих поколений.

1.2. Запасы воды в Малоярославецком районе

По всему исследуемому району, подземные воды венёвско-тарусского водоносного горизонта и смежных с ним четвертичного, протвинского и алексинского водоносных горизонтов, оценивались по результатам полных химических анализов, проведённых при поисково-разведочных работах для водоснабжения г. Малоярославца.

По ионному составу вода венёвско - тарусского водоносного горизонта относится к гидрокарбонатному магниево-кальциевому типу. Минерализация составляет 0,4 г/л. Вода умеренно жёсткая, с общей жёсткостью от 4,2 до 5,3мг-экв/л. Водородный показатель 7,0 - 8,15 рН. Отмечается значительное превышение нормы, которая составляет 0,3 мг/л, по содержанию общего железа - до 2,9 мг/л (Таблица)

Основные нормируемые показатели химического состава венёвско тарусского водоносного горизонта

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Норма	Скважина №163312
1	2	3	4	5
1.	Водородный показатель	РН	6-9	7,02 – 8,15
2.	Общая минерализация	мг/л	1000(1500)	399,5 - 401,6
3.	Жёсткость общая	мг-экв/л	7,0(10,0)	4,2 - 5,3
4.	Окисляемость перманганатная	мг/л	5,0	0,32 – 3,0
5.	Нефтепродукты, суммарно	*	0,1	0,023
6.	ПАВ	*	0,5
7.	Фенол	*	0,001
8.	Алюминий (Al+3)	*	0,5
9.	Бериллий(Be2+)	*	0,0002
10.	Бор (В суммарно)	*	0,5
11.	Железо общее (Fe)	*	0,3	0,5 - 2,9
12.	Кадмий (Cd, суммарно)	*	0,001
13.	Марганец (Mn, суммарно)	*	0,1	0,146
14.	Медь (Cu, суммарно)	*	1,0
15.	Молибден (Mo, суммарно)	*	0,25
16.	Мышьяк (Ag, суммарно)	*	0,05
17.	Никель (Ni, суммарно)	*	0,1	0,015
18.	Нитраты (NO3)	*	45,0	1,2 – 1,6
19.	Ртуть (Hq, суммарно)	*	0,0005
20.	Свинец (Pb, суммарно)	*	0,03
21.	Селен (Se, суммарно)	*	0,01
22.	Стронций (Sr2+)	*	7,0	0,816
23.	Сульфаты (SO42+)	*	500	4,8
24.	Фториды (F)		1,5	0,42
25.	Хлориды (Cl)		350	9,0 -11,4
26.	Хром (Cr6+)	*	0,05
27.	Цианиды (CN~)		0,035
28.	Цинк (Zn2+)	*	5,0
29.	Y-ГХНГ(линдан)	*	0,002
30.	ДДТ (сумма изомеров)	*	0,002
31.	*2,4-Д	*	0,03

Приведённые в таблице показатели химического состава в основном соответствуют нормам питьевого качества. Исключение составляет повышенное содержание общего железа - до 2,9 мг/л и марганца - 0,146 мг/л при норме 0,3 и 0,1 мг/л соответственно.

По органолептическим свойствам вода чистая, без вкуса и запаха. По микробиологическим показателям вода водоносного горизонта соответствует нормам. Уровень содержания общей α и β- радиоактивности соответствует требованиям санитарных правил СП 2.6.1.758-99 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)». В целом в районе г. Малоярославца вода венёвско-тарусского водоносного горизонта соответствует нормам питьевого качества. Исключение составляет местами повышенное содержание общего железа.

1.3. Роль воды в живом организме

Вода нужна для нашего организма как растворитель питательных веществ, и как переносчик их, и как среда, в которой протекают различные процессы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Выделяясь потовыми железами и испаряясь с поверхности кожи, вода регулирует температуру нашего тела. Кроме того, вода необходима для удаления из организма различных вредных веществ, образующихся в результате обмена. Содержание воды в отдельных органах и тканях тела почти постоянно. Питательные вещества попадают в кровь через стенки пищеварительного канала. Через эти стенки могут проникать только вещества, растворенные в воде, только жидкости. Если бы кусок сахара не растворился в слюне и в желудочном соке, глюкоза не попала бы в кровь. Белок яйца, крахмал хлеба и картофеля не растворяются в воде, но желудочный и кишечный соки содержат особые вещества – ферменты, которые расщепляют белок и крахмал и переводят их в вещества растворимые. Это расщепление идет только в воде. Кровь, состоящая на четыре пятых из воды, разносит питательные вещества по всему организму.

Вода для человеческого организма - это второе по значимости вещество после кислорода. Без пищи человек может прожить около четырёх недель, а без воды не более семи дней. Итак, для того чтобы организм функционировал без «сбоев в программе» долгие годы, нужно употреблять по 2-3 литра жидкости ежедневно. В противном случае…. «несчастного» ожидает следующее:

-уменьшение воды в организме на 1,5% вызовет плохое самочувствие, сонливость, замедление движений, тошноту;

-снижение влаги на 6-10% - головную боль, одышку, нарушение логического мышления;

-отсутствие в организме 11-20% жидкости приведёт к спазму мышц, бреду, притуплению слуха и зрения;

-воды меньше, чем нужно, на 25% - смерть.

Если же вы «насыщаетесь влагой» в полном объёме, то тем самым снижаете вероятность сердечного приступа, способствуете снижению лишнего веса и очищаете кожу.

Ни одно живое существо не может жить в абсолютно сухом пространстве и не может оставаться живым, лишившись воды. Каждый организм может потерять только вполне определенную часть содержащейся в нем воды. Некоторые животные менее чувствительны к потере воды. Какое бы животное или растение мы ни взяли, в него входит вода как одна из главных составных частей. Обитатели водоемов, как правило, содержат в себе больше воды, чем жители суши. В теле рыб, например, до 70–80% воды, а в медузе – больше 95%. В травянистых растениях суши процент воды доходит до 85%. Организмы млекопитающих животных и человека содержат воды меньше.

У живых организмов вода может синтезироваться в тканях. Так, например, у верблюда жир в горбу, окисляясь, может дать до 40 л воды. Человек, выпивая 2,5 л воды в сутки, ежедневно промывает желудок 10 л жидкости и испаряет 0,7 л воды.

Вся земная жизнь рождена водой и не может существовать без нее.

Но нельзя забывать, что в истории нашей планеты вода имеет исключительное значение. Пожалуй, никакое другое вещество не может сравниться с водой по своему влиянию на ход тех величайших изменений, которые претерпела Земля за многие сотни миллионов лет своего существования. Там, где есть жизнь, всегда есть вода. Жизнь без воды невозможна.

1.4. Вода и здоровье человека

Человечество потребляет огромное количество пресной воды и, прежде всего для питья. Природная вода не бывает совершенно чистой, она содержит примеси: растворимые и нерастворимые вещества. Особенно много растворенных веществ в морской и океанической воде.

• Законодательно определено, что питьевая вода, поступающая к потребителю, должна быть приятной в органолептическом отношении и безопасной для здоровья;

• Содержание примесей в воде не должно превышать предельно допустимых концентраций.

Вода из-под крана: вред или польза?

Удивительно, но сырая вода намного полезнее кипячёной, так как повышает иммунитет, при условии, что она кристально чистая, конечно. Но все мы знаем, что качество жидкости, льющейся из наших водопроводных кранов, оставляет желать лучшего. По данным Всемирной Организации Здравоохранения более 80% всех заболеваний в мире передаётся через воду. Ежегодно в мире от загрязнения воды заболевают около 500 млн. человек. Ужасающие цифры, не правда ли? Чаще всего через воду передаются микробы кишечной группы, такие как дизентерия Флекснера, ротовирусная инфекция, гепатит А. Характерные признаки всех этих заболеваний: жидкий стул, тошнота, рвота, высокая температура. При всех этих симптомах нужно срочно обращаться к врачу, поскольку происходит активная прогрессирующая интоксикация организма».

Поэтому прежде чем напитаться «живительной влагой», обратите внимание на два основных признака: цвет и запах. Запомните: вода должна быть бесцветной и сладковатой на вкус.

В противном случае, лучше обезопасить себя и обязательно перед употреблением очистить воду. Только тогда высказывание великого Леонардо да Винчи: «Вода- сок жизни» приобретёт реальные черты.

Ресурсы пресной воды на Земле распределяются крайне неравномерно. Более половины жителей Земли, т. е. 3,5 млрд. человек, пользуются источниками воды, не проходящей даже минимальной очистки. Из-за различных заболеваний, связанных с некачественной водой, таких, как диарея, гепатит А, малярия и до., каждый год погибают более 5 млн. человек, большинство из которых составляют дети. К 2025 г. в странах. Испытывающих умеренную или серьезную нехватку воды, будут жить уже две трети населения Земли.

По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических норм водоснабжения. В мире 2 млрд. человек имеют хронические заболевания в связи с использованием загрязненной воды.

Серьезную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.

Таблица

Заболевания, возникающие при токсическом воздействии химических элементов и химических соединений, находящихся в питьевой воде.

Болезнь	Возбуждающий фактор.
Анемия	Мышьяк, бор, фтор, медь, трихлоэтилен.
Бронхиальная астма	Фтор
Лейкемия	Хлорированные фенолы, бензол
Заболевания пищеварительного тракта: А) повреждения Б) боли в желудке В) Функциональные расстройства	Мышьяк, бериллий, бор, хлороформ. Ртуть, пестициды. Цинк.
Болезни сердца: А) повреждение сердечной мышцы Б) нарушение функционирования сердца	Бор, цинк, тетрахлорэтилен, фтор, медь, свинец, ртуть. Бензол, хлороформ, цианиды
Облысение	Бор, ртуть
Злокачественные опухоли кожи	Мышьяк, бензопирен, продукты дистилляции нефти ( масла),

Гигиена тесно связана с санитарией – отрасли здравоохранения, содержание которое охватывает разработку и проведение практических санитарно-гигиенических и противоэпидемических мероприятий.

Универсальный доступ к воде санитарии всегда являлся важнейшим шагом к снижению вспышек инфекционных заболеваний. Безопасная вода + личная гигиена – вот решение проблемы, т.к. многие кишечные и паразитарные инфекции распространяются не только из-за употребления загрязненной питьевой воды, но также и через грязные руки.

Для того чтобы снизить уровень воздействия болезнетворных микроорганизмов, нужно повышать уровень личной ответственности каждого за свое здоровье и здоровье детей. Основные условия для улучшения здоровья – это привитие практики употребления кипяченой воды и мытья рук.

1.5. Методы очистки воды в домашних условиях

Цель работы: очищение доступными способами воды в домашних условиях.

Простейшую домашнюю очистку воды от бактерий и взвешенных примесей органического происхождения можно провести и без фильтров, добавив алюмокалиевые квасцы из расчета 1 г этой соли на 4 л воды.

Квасцы очищают воду за счет образования продуктов гидролиза. Выпадающий осадок метагидроксида алюминия AlO(OH) поглощает бактерии, взвешенные частицы и примеси органических веществ, содержащиеся в воде, а выделяющаяся серная кислота нейтрализует воду, имеющую щелочную реакцию. После выпадения осадка воду процеживают через фильтровальную бумагу или вчетверо сложенную ткань (марлю). Указанная доза квасцов безвредна для человека и практически не меняет вкуса воды. Примерно такая же технология очистки ("осветления") воды практикуется и на станциях водоподготовки городского водоснабжения, но в качестве реактива-осветлителя там применяют сульфат алюминия.

Активированный уголь широко используется производителями фильтров для воды, что дает основание полагать в действенности угля при очистке воды. Он не только устраняет неприятные запахи различных примесей в воде, но и адсорбирует большинство вредных веществ. Достаточно упаковать 5 таблеток активированного угля в марлю или вату и поместить их на дно сосуда для воды. К утру вода будет уже очищена.

Если вода имеет неприятный запах, ее пропускают через активированный уголь, который продается в аптеке в виде таблеток, или через простой древесный уголь, раздробленный на кусочки размером с горошину. Фильтруют воду через стеклянную или пластмассовую трубку, закрытую ватным тампоном и наполненную кусочками угля, в которую внизу вставлена пробка с пипеткой. Чтобы обеспечить достаточно долгий контакт очищаемой воды с углем, служащим адсорбентом (поглотителем) вредных примесей, трубка должна иметь диаметр 15--20 мм, а длину 40--60 см. Сверху в трубку тонкой струйкой или небольшими порциями наливают воду, а снизу вытекает очищенная вода. Способ эффективен при любых загрязнениях воды, в том числе, если в воде есть растворенные газы. Уголь адсорбирует эти газы и задерживает мелкие частицы примесей. Данный способ применим даже в полевых условиях (для очистки болотной воды).

Считается, что для здоровья очень полезна талая вода. Ее легко приготовить в домашних условиях в любое время года: надо поставить в морозилку домашнего холодильника стеклянные банки, наполненные почти до краев водопроводной или колодезной водой и закрытые полиэтиленовыми крышками. Когда вода замерзнет наполовину или на третью часть, банки вынимают из морозильной камеры, незамерзший остаток воды, обогащенный примесями, сливают, а лед оставляют в банках таять при комнатной температуре. Данный способ не требует дополнительных расходов (холодильник всегда работает), вода очищена от вредных примесей, но механические частицы могут присутствовать в небольших количествах.

В процессе замерзания неочищенной воды, содержащиеся в ней соли, и вредные примеси концентрируются в остатке жидкости - первой замерзает чистая вода, а температура замерзания раствора ниже 0⁰С. Лед получается пористым, игольчатой структуры, поэтому банки не разрываются, и остаток воды с примесями сливается без затруднений. Для вымораживания воды пригодны также пакеты из-под молока, кефира и соков (конечно, предварительно чисто вымытые), полиэтиленовые бутылки. Способ очистки воды от растворенных солей вымораживанием известен давно и даже использовался для опреснения соленой воды.

Самый простой и распространенный способ обеззараживания воды - кипячение. Чтобы быть уверенным в качестве кипяченой воды, надо дать ей прокипеть не менее пяти минут, а после этого охлаждать воду обязательно в закрытом от пыли сосуде, иначе все усилия будут напрасными. По внешнему виду кипяченая вода ничем не отличается от сырой. Но если добавить в стаканы с той и другой водой немного (на кончике ножа) поваренной соли и потрясти стаканы, то в сырой воде появятся мелкие пузырьки воздуха, а в кипяченой (если она простояла на воздухе меньше 12 часов) - нет. Соль уменьшает растворимость воздуха в воде и заставляет его выделяться в виде пузырьков. В кипяченой воде растворенного воздуха практически нет. Но кипячение лишь частично решает проблему очистки воды. Происходит испарение вод. Концентрация солей увеличивается, они отлагаются на стенках в виде накипи. Данный процесс требует дополнительных финансовых затрат (оплата затраченной электроэнергии или газа) требуется отслеживание времени кипения воды.

Давно известны бактерицидные свойства серебра, которые отлично чистят воду. Все, что надо сделать, это набрать в большую емкость воду и положить на дно серебряный предмет, например ложку или вилку. К утру ионы серебра очистят воду не хуже любого фильтра.

1.6. Общая жесткость воды

Жесткость воды – одно из важнейших свойств, имеющее большое значение при водопользовании. Если в воде находятся ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных кислот, то в такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук, в результате чего возникает ощущение жесткости. Жесткость воды пагубно сказывается на трубопроводах при использовании воды в теплых сетях, приводя к образованию накипи. По этой причине в воду приходится добавлять специальные «смягчающие» химикаты.

Жесткость воды обусловлена присутствием растворимых и малорастворимых солей-минералов, главным образом кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺). Кроме указанных, к солям жесткости относят также слои стронция (Sr²⁺), цинка (Zn²⁺) и др., однако в поверхностных и грунтовых природных водах из перечисленных катионов в заметны концентрациях присутствуют практически исключительно кальций и магний. Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катионов, имеющие разную молекулярную массу, концентрация солей жесткости, или жесткость воды, измеряется в единицах эквивалентной концентрации (ГОСТ 6055) – количеством моль/л или ммоль/л. При жесткости до 4 ммоль/л экв. вода считается мягкой; от 4 до 8 ммоль/л экв. – средней жесткости; от 8 до 12 ммоль/л экв. – жесткой; более 12 ммоль/л экв. – очень жесткой (встречается и другая классификация воды по степеням жесткости).

Величина жесткости воды может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосброса, а также от сезона года, погодных условий. Общая жесткость воды в озерах и реках тундры, например, составляет 0,1–0,2 ммоль/л экв., а в морях, океанах, подземных водах достигает 80–100 ммоль/л экв. и даже больше (Мертвое море). В табл. 11 приведены значения общей жесткости воды некоторых рек и водоемов России.

Из всех солей, относящихся к солям жесткости, выделяют гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды. Содержание других растворимых солей кальция и магния в природных водах обычно очень мало. Жесткость, придаваемая воде гидрокарбонатами, называется гидрокарбонатной, или устранимой (временной), т.к. гидрокарбонаты при кипячении воды (точнее, при температуре 60˚C) разлагаются с образованием малорастворимых карбонатов:

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+H₂O+CO₂*

Примечание

В природных условиях приведенная выше реакция обратима, однако, при выходе на поверхность подземных (грунтовых) вод, обладающих значительной временной жесткостью, равновесие сдвигается в сторону образования СО₂, который высвобождается в атмосферу. Этот процесс приводит к разложению гидрокарбонатов и выпадению в осадок CaCO₃ и MgCO₃. Таким путем образуются разновидности карбонатных пород, называемые известковыми туфами. В присутствии растворенного в воде углекислого газа протекает и обратная реакция. Так происходит растворение, или вымывание, карбонатных пород в природных условиях.

Жесткость, обусловленная хлоридами или сульфатами, называется неустранимой (постоянной), т.к. эти соли устойчивы при нагревании и кипячении воды.

Суммарная жесткость воды, т.е. общее содержание растворимых солей кальция и магния, получила название общей жесткости.

Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды и источников централизованного водоснабжения составляет не более 7 ммоль/л экв. (в отдельных случаях – до 10 ммоль/л экв.), лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Предлагаемый метод определения общей жесткости как суммарной массовой концентрации катионов кальция и магния основан на реакции солей кальция и магния с реактивом – трилоном Б (двунатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты):

Ca²⁺+Na₂H₂R→Na₂CaR+2H⁺,

Mg²⁺+Na₂H₂R→Na₂MgR+2H₊,

гдеR – радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты –

(^--OCCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH2CO^--)₂

Анализ проводят в аммиачном буферном растворе пи pH 10,0–10,5 титриметрическим методом в присутствии индикатора хром темно-синего кислотного.

Общую жесткость (С_ОЖ) в ммоль/л экв. Вычисляют по формуле:

С_{ОЖ =} V_ТР х H х 1000 ,

V_А

Где: V_ТР – объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл;

Н – концентрация титрованного раствора трилона Б, моль/л экв.;

V_А – объем воды, взятой на анализ, мл;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерения из моль/л в ммоль/л.

Метод определения массовой концентрации катиона кальция аналогичен методу определения общей жесткости с реактивом трилоном Б с той разницей, что анализ проводится в сильнощелочной среде (pH 12-13) в присутствии индикатора мурексида. Молярную концентрацию эквивалента кальция рассчитывают по результатам титрования по такой же формуле. Определению кальция мешают карбонаты и диоксид углерода, удаляемые из пробы при ее подкислении.

Для определения содержания магния в незагрязненных поверхностных и грунтовых природных водах. Как и в большинстве речных вод, можно применять расчетный метод по разности результатов определения общей жесткости и концентрации катиона кальция. Для анализа загрязненных вод на содержание магния необходимо применять прямое определение магния.

Глава II Практическая часть

2.1. Социологический опрос

Нами был проведен опрос учащихся Гимназии с предложенными вариантами ответов. В опросе участвовало 30 учащихся школы.

Вопрос 1.Как вы оцениваете качество водопроводной воды, поступающей в ваши дома и квартиры?

Варианты ответов: 1. Отличное

2. Хорошее

3. Удовлетворительное

4. Неудовлетворительное

Результаты ответов:

1. Отличное –17%

2. Хорошее –20%

3. Удовлетворительное –37%

4. Неудовлетворительное –26%

(см. рисунок 1 на стр. 16)

Вывод: качество, поступающей водопроводной воды жителям города Малоярославец удовлетворительная. Она приятна в органолептическом отношении: не имеет запаха, неприятного вкуса.

Вопрос 2. Какую воду вы пьете?

Варианты ответов: 1. Из-под крана (сырую)

2. Из-под крана после отстаивания

3. Из-под крана после фильтрования

4. Бутилированную

5. Кипяченную

Результаты ответов:

1. Из-под крана (сырую) – 10%

2. Фильтрованную -37 %

3. Бутилированную – 23 %

4. Кипяченную –30%

(см. рисунок 2 на стр. 16)

Вывод: жители города Малоярославец предпочитают употреблять фильтрованную воду.

Вопрос 3. Как вы думаете, зависит ли здоровье человека от качества воды?

Варианты ответов: 1. Да

2. Нет

3. Не знаю

Результаты ответов:

1. Да –93%

2. Нет –0%

3. Не знаю –7%

(см. рисунок 3 на стр. 17)

Вывод: жители города Малоярославец понимают, что здоровье человека зависит от качества воды, которую он пьёт.

2.2. Сравнение жесткости различных образцов воды

Цель работы: сравнить жесткость различных образцов воды.

2.2.1. Определение общей жесткости воды в домашних условиях

Материалы: образцы воды различной степени жесткости: водопроводная некипяченая, дистиллированная вода, родниковая вода, кусочки мыла, пробирки.

Ход работы:

1. В пронумерованные пробирки наливают три образца воды по 10 мл. 1 пробирка - водопроводная некипяченая вода, 2 - дистиллированная, 3 – родниковая.

2. В каждую пробирку кидают кусочки тертого мыла и сильно встряхивают пробирку (около 2 минут). Дают отстояться и определяют объем пены полученных растворов.

3. Результаты заносят в таблицу

(см. фотографии на стр. 18)

Образец воды	Объем пены полученного раствора
Водопроводная некипяченая	Маленький
Дистиллированная	Средний
Родниковая	Большой

Вывод: По результатам проведения опыта в домашних условиях, мы заметили, что родниковая вода самая мягкая (т.к. объем пены полученного раствора в пробирке самый большой), а самой жесткой оказалась водопроводная некипяченая вода.

2.2.2. Определение общей жесткости воды в лабораторных условиях

Опыт I. Определение временной жёсткости воды

Выполнение опыта

Так как вода, содержащая гидрокарбонаты кальция и магния имеет щелочную реакцию, определение карбонатной жёсткости производятся непосредственным титрованием воды соляной кислотой в присутствии индикатора - метилового оранжевого.

Для анализа в коническую колбу отмерить с помощью мерного цилиндра 100 мл исследуемой воды. Добавить 2-3 капли индикатора метилового оранжевого. В приготовленную заранее бюретку налить 0,1Н раствор соляной кислоты. Установить уровень на нулевое деление и по каплям приливать соляную кислоту в воду до изменения окраски раствора от жёлтой до оранжево-розовой. Определить объём израсходованной на титрование кислоты.

Титрование повторить ещё два раза, каждый раз доливая в бюретку кислоту до нулевого деления.

Результаты титрования записать в таблицу:

Таблица 4.1

№ титрования	Объем H2O V(H2O) (мл)	Объем раствора HCI V (HCI) (мл)	Средний объем раствора HCI V сред(HCI) (мл)	Нормальность раствора HCI Сн (HCI) (моль/л)
1	100	9,2; 9,0; 9,5	9,23	0,05
2	100	3,5; 3,3; 3,35	3,38	0,05

Оформление результатов опыта

1. Написать уравнения протекающих химических реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

2. Рассчитать временную жесткость воды (Ж врем в мэкв/л) по формуле:

Сн (HCI) · V сред(HCI)

Ж врем = --------------------------------- · 1000

V(H₂O)

0,05*9,23

Ж врем(1) = -------------------- *1000 = 4,6 мэкв/л

100

0,05*3,38

Ж врем(2) = -------------------- *1000 = 1,69 мэкв/л

100

Опыт 2. Определение общей жёсткости воды трилонометрическим методом

Метод основан на комплексонометрическом титровании исследуемой воды с применением реактива трилона Б (натриевой соли этилендиамин тетрауксусной кислоты) в присутствии индикатора эриохрома черного Т.

В присутствии ионов Са²⁺ и Mg²⁺ при pН = 7-11 индикатор за счёт образования комплексов с этими ионами приобретает характерный лилово-красный цвет.

При добавлении трилона Б эти комплексы распадаются и ионы Са²⁺ и Mg²⁺ связываются в бесцветный более прочный комплекс с трилоном Б, а раствор приобретает бледно-синюю окраску индикатора.

Изменение окраски происходит в тот момент, когда израсходуются все ионы Са²⁺ и Mg²⁺ . При этом количество вступившего в реакцию трилона Б эквивалентно количеству ионов Са²⁺ и Mg²⁺

Выполнение опыт

Для анализа в коническую колбу отмерить 50 мл исследуемой воды и добавить

5мл аммонийного буферного раствора (NH₄ОH+NH₄CI) и микрошпатель индикатора эриохрома черного.

Затем 0,0IН раствором трилона Б оттитровать пробу воды до перехода лилово-красной окраски в синюю. Титрование повторить ещё два раза.

Результаты титрования записать в таблицу:

Таблица 4.2

№ титрования	Объем H2O V(H2O)(мл)	Объем раствора трилона Б, V (трилонаБ) (мл)	Средний объем раствора трилона Б V сред (трилонаБ) (мл)	Нормальность раствора трилона Б Сн (трилонаБ)(моль/л)
1	50	9,1; 9,3; 9,2	9,2	0,05
2	50	3,3; 3,6; 3,5	3,5	0,05

Оформление результатов опыта.

1. Рассчитать общую жесткость воды (Ж общая в мэкв/л) по формуле:

Сн (трилонаБ) · V сред(трилонаБ)

Ж общая = ------------------------------------------------ · 1000

V(H₂O)

0,05*9,2

Ж общая(1) = ------------------------- *1000 = 9,2 мэкв/л

50

0,05*5,53

Ж общая(2) = ------------------------- *1000 = 5,5 мэкв/л

50

2.Определить по таблице 2.1 к какой группе относится анализируемая вода.

Таблица 2.1

Величина общей жесткости (мэкв/л)	Группа воды
До 2	мягкая
2...6	средней жесткости
6...10	жесткая
более10	очень жесткая

Вывод: по результатам определения общей жесткости установлено, что водопроводная вода является жесткой, а родниковая – средней жесткости.

3.Рассчитать постоянную жесткость воды (Ж постоянная в мэкв/л), зная её общую и временную жёсткость:

Ж постоянная = Ж общая - Ж врем

Ж постоянная (1) = 9,2 – 4,6 = 4,6 мэкв/л

Ж постоянная (2) = 3,5 – 1,69 = 1,81 мэкв/л

Опыт 3. Определение общей жёсткости воды с использованием щелочной смеси.

Выполнение опыта

Способ основан на осаждении ионов Са²⁺ и Mg²⁺ раствором щелочной смеси, состоящей из NaOH и Nа₂C0_3.

Щелочную смесь берут в избытке. Непрореагировавшая часть смеси определяется при титровании соляной кислотой. Зная, сколько щелочной смеси было добавлено к исследуемой воде, вычисляют её количество, пошедшее на осаждение ионов Са²⁺ и Mg^2+, которое эквивалентно содержанию этих ионов.

Для анализа в коническую колбу отмерить с помощью мерного цилиндра 100 мл исследуемой воды. Добавить к ней 20 мл 0.IH раствора щелочной смеси (10 мл O.IH NaOH и 10 мл 0.IH Nа₂C0₃). Полученный раствор прокипятить 3 минуты, охладить и охлаждённым профильтровать через складчатый фильтр. К фильтрату добавить 2-3 капли индикатора метилового оранжевого и титровать 0,1Н раствором соляной кислоты до перехода окраски из желтой в оранжево-розовую. Титрование повторить ещё два раза.

Результаты титрования записать в таблицу:

Таблица 4.3

№ титрования	Объем H2O V(H2O) (мл)	Объем раствора HCI V (HCI) (мл)	Средний объем раствора HCI V сред(HCI) (мл)	Нормальность раствора HCI Сн (HCI) (моль/л)
1	100	17,8; 17,9; 18	17,9	0,05
2	100	8,2; 8,3; 8,1	8,2	0,05

Оформление результатов опыта

1.Составить уравнения реакций осаждения солей кальция и магния щелочной смесью в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

2. Рассчитать общую жёсткость воды по формуле:

Сн (HCI) · V сред(HCI)

Ж общая= (С · V --- --------------------------------- ) · 1000

V(H₂O)

где С - нормальная концентрация щелочной смеси, моль/л;

V - объём раствора щелочной смеси, л.

Жобщая(1) = 8,95 мэкв/л

Ж общая (2) = 4,1 мэкв/л

3.Рассчитать постоянную жесткость воды, зная её общую и временную жёсткость:

Ж постоянная = Ж общая - Ж врем

Ж постоянная (1) = 8,95 – 4,6 = 4,35

Ж постоянная (2) = 4,1 – 1,69 = 2,41

Вывод: При определении жесткости воды в лабораторных условиях, используя данные нам формулы, мы увидели, что самая мягкая вода – родниковая.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Определение жесткости воды в домашних условиях

Фотография 1 (до взбалтывания)

Фотография 2 (после взбалтывания)

Определение жесткости воды в лабораторных условиях

Вывод:

Вода имеет большое значение в жизни человечества. Она является источником всех процессов в природе. В течение многих лет и до сих пор человек использует воду иррационально и это приведет к критическому состоянию, т.е. дефициту воды.

Качество воды влияет на здоровье человека. Большая часть людей не имеют доступа к безопасной питьевой воде, не обеспечены санитарными условиями, поэтому более 25 тыс. человек ежедневно умирают из-за плохого качества воды. Поэтому очень важно следить за ее качеством и жесткостью.

Жесткость воды в Малоярославецком районе в пределах нормы. Постоянная жесткость водопроводной воды составляет 4,475 мэкв/л, а родниковой – 2,11 мэкв/л. Вода по органолептическим показателям соответствует норме. Самая полезная по нашим исследованиям вода – родниковая (из поселка Недельное).

Список литературы:

1. Интернет – ресурсы:

http://zdorovje.in.ua/14-water_for_human.html

http://www.akvafors.lv/forum/viewtopic.php?f=11&t=630

http://www.vodoobmen.ru/07-health.html

http://ecoflash.narod.ru/likbez_1.htm

[email protected].

1. Литературные источники

«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» Институт сельского хозяйства и природных ресурсов. Кафедра химии и экологии. Методическая разработка «Определение жесткости воды». Великий Новгород,2007г.

Гидрогеохимическая оценка венёвско-тарусского водоносного горизонта Малоярославецкого района Калужской области. А.С. Иваненко, научный руководитель - доцент, Л.Н. Строгонова. Воронежский государственный университет, г. Воронеж.

Благодарим:

Шеремет Светлану Васильевну за предоставленные химические реактивы.