Научно-исследовательская работа «Не оскверним природы дар»

Министерство образования и науки Пензенской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Пензенской области

 « Каменский техникум  промышленных технологий и предпринимательства»

Научно-исследовательская работа

на тему: «Не оскверним природы дар»

Исследование физико-химического состава родниковой воды в Каменском районе.

Автор:

Петракова И.Н.

Каменка

2013

Содержание:

1.Вступление, с.1.

2. Основная часть, с.1

2.1 Свойства воды, с.1-2

2.2 Основные источники загрязнения воды, с. 3-4

2.3 Жемчужины Каменского района, с. 5-8

2.4 Исследование качества воды родников

 Каменского района, с.8-9

3. Заключение, с.9-10

4. Список литературы, с.10

2

Вступление

Примерно до конца 19 века вода считалась бесплатным даром природы. В 20 веке взгляд на воду резко изменился, в результате быстрого роста населения  земного шара и бурного развития промышленного снабжения человечества чистой водой стала, чуть ли, не мировой проблемой номер один.

Цель: исследование физико-химических показателей воды родников Каменского района. Уточнить и расширить знания о воде и ее значении для живых существ, раскрыть основные факторы загрязнения воды и меры по охране ее чистоты.

Задачи исследования

– проанализировать научную информацию по теме;

– описать причины загрязнения водоемов;

– познакомиться с физико-химическими показателями воды в мире и сравнить их с водой родников Каменского района;

– доказать необходимость бережного отношения к воде;

– выявить отношение взрослых и детей к данной проблеме.

Основная часть

2.1 Свойства воды

Вода H₂O на 99,73 % состоит из ¹H₂¹⁶O, но в природе встречается еще дейтерий (стабилен) ²D и тритий (³T, –β), а если принять во внимание, что кроме ¹⁶O есть еще ¹⁷O и ¹⁸O, то в природе встречается девять разновидностей воды.

Жидкая вода имеет максимальную плотность при 4 °С (принята за единицу), а переход в твердое состояние, сопровождающийся изменением упаковки молекул, понижает плотность до 0,9. Это обстоятельство (лед плавает) и малая теплопроводность льда во многом способствуют стабилизации процессов в гидросфере.

Все свойства воды обусловлены наличием двух неподеленных электронных пар у атома кислорода, атомные орбитали которого гибридизированы по sp³-типу, и способностью атомов водорода соседних молекул образовывать с этими неподеленными электронными парами достаточно прочные водородные связи. В результате как жидкая, так и кристаллическая вода (лед) оказываются хорошо структурированными.  Экспериментально установлено, что протон в воде может быть только гидратированным. Гидратация не исчерпывается реакцией H⁺ + H₂O = H₃O⁺. Последовательно может присоединиться несколько молекул воды:

3

Исходя из постоянства произведения ионов H⁺ и OH^–, образующихся при диссоциации H₂O = H⁺ + OH^–, важнейшим критерием поддержания жизнеспособности условий в воде и почве является узкий интервал изменений водородного показателя (pH) в пределах 6–9. В природной воде прежде всего растворяются газы атмосферы: O₂, N₂ и CO₂.

Хотя растворимость кислорода в два раза больше растворимости азота, но из-за большего парциального давления (78 %) в природной (дождевой) воде азота растворено в два раза больше, чем кислорода. Минерализация воды приводит к уменьшению растворимости воздуха. Так, при 0 °С растворимость кислорода (чистого) составляет 49 мл/л, а морской воде только 15 мл/л.

Необходимое для окисления растворимых в воде веществ количество кислорода называется биохимической потребностью в кислороде (БПК).

Так, чистая вода, вытекающая из-под ледников, имеет БПК < 1 млн^–1, пригодная для питья – < 5 млн^–1, а канализационная – 100–500 млн^–1.

Большую проблему создают попадающие в водоемы нитраты и фосфаты, поскольку они при неумелом использовании вызывают заболевание малопроточных водоемов и прудов.

Растворение CO₂ в воде сопровождается химическим взаимодействием с установлением равновесия:

K₁ = 4,5 · 10^–7, K₂ = 5,6 · 10^–11.

Обычные методы измерения констант диссоциации не позволяют отличить растворенный CO₂ от H₂CO₃ в растворе. Так как равновесие устанавливается быстро, то за константу равновесия этой реакции K_равн = [H₂CO₃] / [CO₂]∙[H₂O] обычно принимают первую константу диссоциации угольной кислоты (K₁ = 4,5 · 10^–7). Вместе с тем найдено, что H₂CO₃ / CO₂ = 0,0037; это означает, что только 0,37 % растворенного CO₂ находится в виде H₂CO₃. Если бы весь растворенный CO₂ находился в виде H₂CO₃, то K₁ = 1,8 · 10^–4, что позволяет отнести H₂CO₃ к умеренно сильным кислотам. Практически из-за быстрого установления равновесия гидратации CO₂ приходится пользоваться не действительной константой диссоциации K₁ = 1,8 · 10^–4, а кажущейся K₁ = [H⁺]∙[H₂CO₃] / CO₂ = 4,5 ∙ 10^–7, относящейся к реакции CO₂ ∙ H₂O = H⁺ + HCO₃^–.

Другим источником поступления карбонат- и бикарбонат-ионов являются карбонаты:
4
  временная жесткость воды (устраняется кипячением)

PH почвенных вод может колебаться от 3 до 10. Однако кислотность почв, благоприятных для произрастания растений, мало отличаются от pH = 6. Морские организмы еще более чувствительны к pH среды обитания. Океаническая вода имеет pH = 8, а pH прибрежных вод ≈ 9. При pH < 7,5 многие морские организмы погибают. При pH < 7,0 морские организмы уже не в состоянии образовывать карбонатные скелеты.

Наилучшим решением промышленного водоснабжения является организация замкнутых водооборотных систем, полностью исключающих сброс в водоемы сточных вод.

2.2 Основные источники загрязнения воды

Тепловое загрязнение.

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.

На основании обобщения материала можно сделать вывод, что эффекты антропогенного воздействия на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы.

Пестициды

Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы: инсектициды - для борьбы с вредными  насекомыми, фунгициды и бактерициды – для борьбы с бактериальными болезнями растений, гербициды – против сорных растений. Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методом борьбы с вредителями.

5

 Синтетические  поверхностно-активные вещества.

Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды  и морскую среду. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионактивными вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в тканях процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

   Соединение с канцерогенными свойствами.

Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушения процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В зависимости от

условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде – это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

   Тяжелые металлы.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Металлы рассеиваются в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца  с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу.

    Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг).

Многие страны, имеющие выход к море, производят морские захоронения различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности,  строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ,  радиоактивных отходов.

Нефть и нефтепродукты

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно – коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией.

6

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80 – ых годов ежегодно поступало около 10, 23% мировой добычи нефти. Наибольшие потери нефти связаны с её транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - всё это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей.

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 1 – 10% (280 нм), 60 – 70% (400нм). Пленка толщиной 130 – 140 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную « вода в нефти».

При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохранятся на поверхности, переноситься на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

2.3. Жемчужины Каменского района

    В области насчитывается около 3000 рек и ручьев общей протяженности 15458т км. Речной сток ориентировочно оценивается в 5-5,5 км³ и формируется поверхностными грунтовыми водами, половодными и родниками, которых на территории области насчитывается 1500-2000 ,часть из них взяты под охрану как памятники природы, многие причислены к Святым источникам.

Блиновка Каменского района. Поленькин родник.

Незадолго до революции произошли чудеса у источника, расположенного в овраге поблизости от селения Владыкина. Дети местных крестьян нашли там необычный образ Богоматери: он выступил на окаменевшем куске мела. Икону принесли в приходскую церковь и вскоре произошло не менее десяти исцелений после усиленной молитвы и применения живительной воды. Удивительные события были замечены даже губернатором и епископом. После революции икона исчезла. Источник же по – прежнему посещают, особенно в засуху.

Самый примечательный источник – в опустившей деревне Холеневке. Прежде над родником возвышалась часовня Святой Мученицы Параскевы Пятницы. Существовавшее предание о начале прославления родника напоминает многое.

Говорили, что когда – то здесь появилась чудотворная икона. Ее несколько раз относили, но она вновь сама возвращалась к источнику. Наконец люди приняли решение воздвигнуть на святом месте часовню. 

Множество паломников  со всей Пензенской области приезжает в Холеневку,  чтобы окунуться в целебную воду чудотворного источника.

7

Родник в селе Кевда Каменского района Пензенской области известен тысячам местных жителей. Рядом с родником возвели купальню, высадили цветы, ели и рябины. Территорию вокруг источника покрыли специально привезённым издалека дёрном. По словам каменцев, когда было жарко, его специально поливали, чтобы трава не погибла.
Границы архитектурного ансамбля под названием "Живописный источник" обозначили стеной, выполненной из красного облицовочного кирпича.

Кувака. Много вопросов среди ученых вызывает и само это имя, и те чудесные явления, которые связаны с местным родником Гремучий ключ. В1913 году был построен завод для розлива русской натуральной углекислой столовой воды «Кувака». Кстати, вода до сих пор поступает в цеха самотёком. Она не проходит через систему насосов, которые искажают своим мощным электромагнитным излучением энергетические свойства воды. В 1914 году в «Горном журнале» в №№ 7 и 8 за июль и август месяцы появилась скандально известная статья «Физико-химическое исследование источников Кувака, Нижнеломовского уезда, Пензенской губернии», напечатанная за подписью профессора П.П. фон-Веймарна. В ней автор поместил своё заключение о качестве и свойствах воды, в котором дал далеко не лучшую оценку «Куваке». Точно такие же сообщения  о воде «Кувака» за той же подписью были помещены и в журнале «Русского физико-химического общества».В указанной статье г.фон-Веймарн задаётся целью доказать, что воду источника «Гремучий родник» следует считать «подозрительной по загрязнению» и для этой цели приводит анализ воды, произведённые лаборантом г.Барабошкиным по программе заранее указанной г.фон-Веймарном, согласно которым в «Куваке» были найдены соли азотной кислоты и следы ангидрида азотистой кислоты и аммиака, присутствие которых г.фон-Веймарн объясняет как результат загрязнения источника продуктами распада поверхностных скоплений органических веществ. На это горн.инж. А.И.Дрейер заявляет следующее:1) «Вода «Гремучий родник» (Кувака) не только превосходна в физическом отношении, но безупречна в химическом, санитарном и во всех других отношениях, являясь водой кристаллически  прозрачной, абсолютно бесцветной, без малейшего запаха, с приятным освежающим вкусом, лишённой каких-либо бактерий и с минеральным, для лучших питьевых вод, минеральным составом».2) «Вода «Гремучий родник» (Кувака) содержит соли азотной кислоты в количестве от 0,015 до 0,017 грамм на литр воды. Соли эти извлекаются водой из коренных пород глубокого залегания, не имеющих никакой связи с поверхностью. Соединение это, обыкновенная селитра, заключающееся в воде в указанных почти гомеопатических дозах, совершенно безвредно».3) «Присутствие в воде «Гремучий родник» ангидрида азотистой кислоты и аммиака – отвергаю, на основании целого ряда анализов, и если бы соединения эти могли быть найдены в какой-либо бутылке с водой, то лишь как явление постороннее, случайное, и притом в виде самых незначительных следов, допускаемых даже наиболее строгими нормами, в лучших питьевых водах /16/.

8

В доказательство своего заявления А.И.Дрейер приводит следующие факты:

«Соли указанных соединений, в количествах встречаемых в ключевой воде, сами по себе совершенно безвредны, но в предположении, что они могли поступить в воду не из древних отложений, а из мест поверхностных скоплений разлагающихся органических веществ, и следовательно, принести с собой вредные для здоровья бактерии, такие воды, которые не исследованы

ещё в физическом и санитарно-гигиеническом отношении, предложено отдельными исследователями считать «подозрительными по загрязнению».Отсюда нетрудно видеть, что это лабораторное замечание далеко ещё не характеризует действительных качеств, а является только предосторожностью, ибо заставляет лишь обратить внимание на необходимость дальнейших  выяснений причин появления в воде вышеуказанных соединений. Согласно Экспертному заключению Российского научного центра восстановительной медицины и курортологии (РНЦ ВМиК) от 28.10.2003 по составу и качеству подземных Последним и наиболее значимым  направлением в исследовании является физико-химический анализ состава воды, ведь именно физико-химические свойства питьевой воды считаются определяющими в её качестве. К физическим показателям чистой воды относят температуру, запахи и привкусы, цветность и мутность. Химические показатели характеризуют химический состав воды. Обычно к числу химических показателей относят водородный показатель воды (pH), жёсткость и щёлочность, минерализацию (сухой остаток), а также содержание главных ионов. К санитарно-бактериологическим показателям относят общую бактериальную загрязнённость воды, содержание в воде токсичных и радиоактивных микрокомпонентов. На основании Полного химического анализа воды «Кувака», проведённого 10.01.1998 г. Российским научным центром реабилитации и физиотерапии (РНЦ РиФ),  установлено, что по основным физико-химическим свойствам «Кувака» - минеральная природная столовая вода- является водой прозрачной, бесцветной, без запаха, без осадка с жесткостью - 5,6 мг*экв/л, pH -   7,0 и общей минерализацией – 0,506. На основании проведенного анализа пробы воды дано заключение: «Исследуемые образцы минеральной природной столовой воды «Кувака» соответствуют нормативным требованиям». Вода источника «Гремучий» в с.Кувака Каменского района Пензенской области, «токсичные и нормируемые микроэлементы, в том числе, тяжёлые металлы (свинец, кадмий, хром, мышьяк и др.), соединения группы азота (нитриты, нитраты, аммоний), а также стронций, селен, фториды, радионуклиды (природные и техногенные) –  не обнаружены или их концентрации меньше предельно допустимых (ПДК) для пресных подземных вод. Органолептические, физико-химические, токсикологические, микробиологические и радиологические

9

показатели соответствуют нормативным требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 и СанПиН 2.3.2.1078-01».

Согласно данного анализа, основными минеральными составляющими «Куваки»  являются: натрий, калий, кальций, магний. Попытаюсь оценить влияние такого минерального состава на организм человека:                               - Натрий обеспечивает щелочные резервы плазмы крови, участвует в регуляции кровяного давления, водного обмена, активизации пищеварительных ферментов, регуляции нервной и мышечной ткани.

- Калий регулирует кислотно-щелочное равновесие крови, участвует в передаче нервных импульсов, активизирует мышечную работу сердца и работу ряда ферментов, благотворно влияет на работу кожи и почек, нормализует давление крови.

-  Кальций составляет основу костной ткани, активизирует деятельность ряда важнейших ферментов, участвует в поддержании ионного равновесия в организме, влияет на процессы, происходящие в нервно-мышечной и сердечно-сосудистой системах, влияет на свёртываемость крови.                       - Магний участвует в формировании костей, регуляции работы нервной ткани, обмене углеводов и энергетическом обмене, улучшает кровоснабжение сердечной мышцы. Основываясь на таких данных, трудно переоценить целебное действие минерального состава воды «Кувака» на работу всего организма.                                                                                          2.4 Исследование качества воды родников Каменского района

10

11

Характеристика качества воды родников Каменского района.

3. Заключение:

В заключение я еще раз хочу подчеркнуть, что целью моей работы является исследования состояния воды родников Каменского района. С удовлетворением констатирую факт, что вода родников на нашей родной территории превосходна во всех отношениях и соответствует мировым стандартам по физико-химическим показателям. Задача жителей -сохранить этот природный дар.                                                                                                                         К сожалению, обнаруживаются факты загрязнения водоемов. И пример тому водоем села  Безруково, где недавно, после таяния снега, рыба буквально выпрыгивала из проруби, ее количество поразило бывалых рыбаков. Причиной гибели рыбы было наличие в воде превышенной нормы нитратов.                                                                                                 Уверена: ответственность за сохранение экологии нашей малой родины лежит на каждом из нас. Кажутся избитыми слова: « Надо любить свою родину». Для многих  эта фраза превратилась в эфемерную аксиому. Считаю нужным напомнить слова летчика и писателя Антуана де Сент-Экзюпери, который содрогнулся от сознания того, что люди не понимают, не видят и не ценят хрупкости Земли: «Любовь не может быть абстрактной, любовь всегда конкретна» 

12

Смысл его слов я понимаю так : каждый из нас любовь к малой родине должен доказывать конкретными делами : убирать, не засорять, быть ответственным, заботится о чистоте окружающей действительности.    

Вода – вещество привычное и необычное. Это вещество, которое создало нашу планету.

Список литературы

1. Морозова И.А. Кувака/Научный руководитель Гришаков В.Г.-2008

2.Курачая М.А. Химия созидающая и разрушающая.М., Знание, 1998

3.Мокрис Дж. Химия среды. М., Химия, 2004

4.Опаловский В.П. Планета Земля глазами химика. М., Наука, 1999

5.Руднев А.В. Химическая экология. М., МГУ, 2002

6.Ягодин Г.А. Химия окружающей среды. М., Высшая школа, 2006

13