Эколого-краеведческое исследование "Капля воды дороже алмаза"

ОТКРЫТАЯ XXI УЧЕНИЧЕСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ
КОНФЕРЕНЦИЯ
«ПОИСК И ТВОРЧЕСКТВО»

Секция

Э К О Л О Г И Я

ЭКОЛОГО-КРАЕВЕДЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Капля воды дороже алмаза

Попович Вадим - учащийся 10«М-1» класса

МАОУ лицея №23 г. Калининграда

ЛарютинРоман-учащийся 10«М-1» класса

МАОУ лицея №23 г. Калининграда

Научный руководитель:

Гурова Валентина Павловна,

учитель химии, заведующая кафедрой

естественных наук МАОУ лицея №23,

Заслуженный учитель Российской Федерации,

кандидат педагогических наук.

Научный консультант:

Гуров Владимир Александрович,

Калининградского областного института

развития образования,

кандидат педагогических наук.

г. Калининград

2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ОТЗЫВ НАУЧНОГО РУКОВОДИТЕЛЯ

на эколого-краеведческую исследовательскую работу

КАПЛЯ ВОДЫ ДОРОЖЕ АЛМАЗА,

выполненную учащимися 10«М-1» класса

МАОУ лицея №23 г. Калининграда

Попович Вадимом и ЛарютинымРоманом

Тема и направление работы учащимися были выбраны самостоятельно. В связи с тем, что в будущем они оба связывают свою профессию с медициной, изучение естественных дисциплин для них является приоритетным и наиболее значимым.

При выдвижении гипотезы, определении цели исследования и объекта исследованияони выразили собственное желание освоить алгоритм выполнения исследовательской работы,методологические подходы к его проведения, которые принято называть изучением в научном смысле.

Так как исследование – один из универсальных типов мыследеятельности, наиболее адекватно соответствующий социокультурной миссии образования, нами была выдвинута гипотеза: «обрести компетентность можно лишь при самостоятельной постановке проблемы, осуществлении ее исследования, поиске необходимых для ее решения знаний», и цель исследования: «приобрести навыки исследования как универсального способа освоения действительности, развитие способностей к исследовательскому типу мышления, активизация личностной позиции на основе приобретения новых знаний».

Средством доказательства или опровержения выдвинутой гипотезы была выбрана работа по исследованию органолептических показателей и химического состава воды ручья «Менделеевский». Не случайно, дети предложили назвать свою работу высказыванием великого русского ученого Д.И. Менделеева, 180-летие со дня, рождения которого отмечается в текущем году.

Экспериментальную часть работы учащиеся выполнили самостоятельно в школьной лаборатории кабинета химии и в лаборатории неорганической химии института биоэкологии БФУ им. И. Канта.

В результате практической работы Попович Вадим и Ларютин Роман освоили приемы: - поиска и отбора проблемы для исследования; - сбора и анализа информации для исследования; - планирования подготовки и проведения исследования; - методологии проведения эксперимента; - обработки результатов исследования; - подготовки отчета и презентации по исследованию. Получили представление: - о методах научного исследования; - о правилах научной коммуникации. Получили опыт: - обработки информации, письменной и устной коммуникации.

Продуктом деятельности учащихся в рамках данной работы стал отчет о проведении исследования.

Вывод: Считаю, что цели и задачи, поставленные в исследовательской работе учащихся Попович Вадима и Ларютина Романа, выполнены в полном объеме, на довольно высоком уровне.

Учащиеся мотивированы на продолжение исследовательской деятельности. Объектом их будущих исследований, по–прежнему остается вода, изучение ее некоторых «загадочных» свойств,с целью более глубокого понимания законов жизни биологических систем.

Научный руководитель работы,

учитель химии _____________ В.П. Гурова

КАПЛЯ ВОДЫ ДОРОЖЕ АЛМАЗА [10]

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В текущем году наука и вся мировая общественность будет отмечать 180-летие великого русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева.

В связи с тем, что в основу нашего исследования положена методика выявления органолептических показателей и химического состава воды, свою работу мы решили назвать словами Д. И. Менделеева, поскольку считаем, что в этом высказывании отражена вся ценность и незаменимость воды -

как величайшего дара Природы и Жизни.

Актуальность нашего исследования очевидна, так как проектная и исследовательская деятельность учащихся прописана в Федеральном Государственном Образовательном Стандарте. Программы всех школьных предметов ориентированы на данный вид деятельности. Следовательно, каждый ученик должен быть обучен этой деятельности. И это не случайно. Ведь именно в процессе правильной самостоятельной работы над созданием проекта или практического исследования лучше всего формируется культура умственного труда учащихся.

Современная ситуация наглядно высветила противоречие: между требованием активного участия школьников в исследовательской и проектной деятельности и недостаточной их подготовленностью к этому виду учебной деятельности.

Выявленное противоречие дало основание сформулировать следующую проблему исследования: при каких условиях возможна мотивация учащихся к исследовательской деятельности как оптимального метода развития компетентности.

Объект исследования: исследовательская работа как универсальный вид учебной деятельности для приобретения и освоения новых знаний.

Предмет исследования: алгоритм выявления органолептических показателей и химического состава воды, состояния и степени загрязненности ручья «Менделеевский».

Цель исследования: Приобрести навыки исследования как универсального способа освоения действительности, развитие способностей к исследовательскому типу мышления, активизация личностной позиции на основе приобретения новых знаний.

Гипотеза: Обрести компетентность можно лишь при самостоятельной постановке проблемы, осуществлении ее исследования, поиске необходимых для ее решения знаний.

Задачи исследования:

1.– собрать исторические сведения, изучить и дать краткий обзор поселков, улиц и природных объектов г. Калининграда, носящих имя Д.И. Менделеева;

2.– провести исследование органолептических показателей и экспресс-анализ химического состава воды ручья «Менделеевский», определить его состояние и степень загрязненности;

Методы исследования: Теоретические: методы системного и теоретического анализа, планирование и моделирование работы, изучение и обобщение первоисточников. Эмпирические: эксперимент по выявлению органолептических показателей и экспресс-анализ химического состава проб воды ручья «Менделеевский».

Структура исследовательской работы. Работа состоит из введения, 2-х глав, заключения, библиографии (12 источников).

Средством доказательства или опровержения выдвинутой гипотезы мы выбрали работу по исследованию органолептических показателей и химического состава воды ручья «Менделеевский»

Изучение водотоков, их обследование, паспортизация, практические работы по охране – необходимое условие регулирования накопившихся экологических проблем нашего общества. Мы считаем, что в связи с особой ценностью и незаменимостью воды, изучение ее состава и свойств наиболее актуально для понимания законов жизни биологических систем.

В основу первой части нашей работы положены научные изыскания калининградских краеведов Овсянова А.П., Губина А.Б и др. [6,11].

В ходе работы над исследованием мы получили возможность ознакомиться с архивными документами (карты, планы, фотографии и т.п.) довоенного Кёнигсберга, города Калининграда 1950-1960 годов и сравнить их с планами и картами современного города. Это было увлекательное путешествие в историю, которое позволило нам лучше понять современный Калининград и укрепило нашу любовь к нему!

Экспериментальную часть работы мы выполняли в школьной лаборатории кабинета химии и в лаборатории неорганической химии института биоэкологии БФУ им. И. Канта, где имели возможность ознакомиться с современными приборами и оборудованием для научных исследований в области химии, биологии и экологии.

ГЛАВА 1. ВОДА В НАШЕЙ ЖИЗНИ

Молекула воды проста, ее строение и свойства в настоящее время досконально изучены, как экспериментально, так и теоретически. Изучены теплофизические свойства воды: - удельная теплоемкость; - удельная теплота парообразования; - удельная теплота плавления льда. Хорошо изучена вода как универсальный растворитель твердых, жидких и газообразных веществ. Казалось бы, что может быть привычней, чем вода? Знакомая как «жидкость без вкуса, цвета и запаха», она сопровождает нас всю жизнь, каждый день.

Вода представляет собой важнейшее химическое соединение, определяющее возможность существования жизни на Земле. Ежедневное потребление человеком питьевой воды составляет в среднем около 2 л, а общее потребление воды на душу населения в развитых странах составляет 150 - 300 л в день. Содержание воды в организме человека составляет 70 - 75%. При этом, несмотря на одинаковую молекулярную формулу Н2О, структура и физико-химические свойства содержащейся в живых системах воды существенно отличаются от аналогичных показателей воды, которую мы используем каждый день. Ярким примером этого служит тот факт, что вода внутри клеток животных и растений не замерзает при температурах до (- 50°С) [8].

В настоящее время проблемы взаимодействия человека с природой становятся всё более сложными и трудноразрешимыми. Будущее человечества в первую очередь зависит от успешного решения этих проблем, так как они связаны с одной стороны с интенсивным и далеко не всегда разумным использованием природных ресурсов Земли, а с другой - продолжающимися и увеличивающимися загрязнениями окружающей среды промышленными и бытовыми отходами.

Современная научно-техническая революция усложнила взаимоотношения общества и природы. Одним из серьёзных последствий этой революции явилось резкое возрастание антропогенных воздействий на природу, заключающееся в интенсивном использовании естественных ресурсов, бурном развитии промышленности и городов. Небывалый рост городского населения, промышленности, энергетики, транспорта, интенсификация сельскохозяйственного производства сопровождается неизбежным воздействием людей на окружающую природную среду.

Усугубляется положение с обеспечением населения питьевой водой. Одной из основных причин являются массовые загрязнения источников водоснабжения, чему способствует применение устаревших технологий и несовершенство санитарно-технических решений очистки сточных вод на многих промышленных предприятиях. Сильную озабоченность вызывает качество продуктов питания, качество потреблённой для различных нужд воды, а особенно беспокоит качество воды используемой в быту.

Вода - это не только самая распространенная, но и самая важная в природе жидкость. Достаточно сказать, что в природе зародилась жизнь. Без неё невозможно существование животных и растений. Жизнь есть только там, где есть вода.

Без чистой пресной воды не может существовать человечество, не будет промышленности и сельского хозяйства. Вода - это не только питьё и сырьё, но ещё и энергия.

Повседневно используя воду, мы так привыкли к ней и считаем её на столько обыденным явлением, что слово «вода» стали употреблять как синоним интересного и давно известного.

1. 1. ПРИМЕНЕНИЕ ВОДЫ

Вода нужна практически во всех отраслях народного хозяйства. Вода необходима и для бытовых нужд человека. Посчитано, что для производства суточной нормы пищевых продуктов в расчёте на одного человека требуется не менее 6 куб. м. воды. Прежде чем в магазине появится банка овощей или фруктов в виде консервов, на нее будет истрачено 40л воды. За 70 лет жизни человека через ткань его организма проходит около 70 тонн воды. Современные крупные тепловые электростанции потребляют огромное количество воды. Только одна станция мощностью 300 тыс. кВт расходует до 120 куб. см в секунду или более 300 млн. куб. м в год [8].

Вода необходима и в промышленности, причём число водоёмких производств растёт каждый год. В некоторых производствах для того, чтобы выпустить тонну готовой продукции, нужно затрать сотни тон воды. Например, на производство 1 тонны хлопчатобумажной продукции требуется израсходовать около 250 куб. м. воды. Много воды требуется химической промышленности. Так на производство 1тонны синтетического каучука затрачивается 2000 куб. м. воды [3].

В современном мире примерное процентное соотношение расхода воды распределяется (См. Рис. 1). Ежесуточное мировое потребление воды - 7-8*10⁹ млрд. тонн.

Рис. 1. Расход воды в современном мире

2.2. ВОДА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Тело взрослого человека на 65-70% состоит из воды. Вода входит в состав всех его органов и тканей: в сердце, легких, почках ее около 80%, в крови - 83%, в костях - 30%, в зубной эмали - 0,3%, в биологических жидкостях организма (слюне, желудочном соке, моче и т. д.) - 95-99% [8].

Вода является важным элементом живого органического мира. Определенное и постоянное содержание воды - одно из необходимых условий существования живого организма. При изменении количества потребляемой воды и ее солевого состава нарушаются процессы пищеварения и усвоения пищи, кроветворения. Без воды невозможна регуляция теплообмена организма с окружающей средой и поддержание постоянной температуры тела.

Человек чрезвычайно остро ощущает изменения содержания воды и может прожить без нее всего несколько суток. При потере воды до 2% веса тела (1-1,5 л) появляется жажда, при утрате 6-8% наступает полуобморочное состояние, при нехватке 10% появляются галлюцинации, нарушается глотание. При нехватке свыше 12% воды наступает смерть. Среднесуточное потребление воды человека - 2,5-3,0 л. Избыток воды приводит к перегрузке сердечнососудистой системы, вызывает изнуряющее потоотделение [8].

2.3. ПРОБЛЕМА ЧИСТОЙ ВОДЫ

Важнейшим показателем качества воды является ее чистота. Существуют определенные гигиенические нормативы - предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воде водоемов. Соблюдение этих ПДК обеспечивает безопасность воды для здоровья населения и благоприятные условия санитарно-бытового водопользования. В настоящее время установлено более 1 тыс. ПДК вредных веществ для водоемов. Состав и свойства воды должны соответствовать нормативам в створе, расположенном на водостоках на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах - на расстоянии 1 км по обе стороны от пункта водопользования [3]. Хорошая вода не должна содержать никаких инородных веществ, химикатов, бактерий и прочих примесей.

Какие загрязнения может содержать некачественная вода?

Нитраты, пестициды, гербициды. Удобрения и их компоненты, используемые в сельском хозяйстве и на садово-огородных участках, смываемые дождем, попадают в водоемы, в том числе, используемых для водоснабжения населения.

Трихлорэтилен и бензол наиболее часто встречаются в местах сбрасывания в водоемы отходов производства.

Асбест, соединения свинца попадают в водопроводную воду в процессе подачи по трубам уже после очистной обработки. Основная причина - несвоевременная замена изношенных коммуникаций. Усвоение организмом свинца может вызвать серьезные неврологические расстройства, в особенности у детей.

Хлор используется для обеззараживания воды. Он не только придает воде неприятные привкус и мутность, но и способствует возникновению различных аллергических реакций.

Бактерии размножаются внутри бытовых очистителей на фильтрах некоторых конструкций в течение их эксплуатации. Они могут попадать в отфильтрованную воду, особенно прошедшую через устройство, пережившее свой срок использования.

Серьёзную 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 несёт большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.

По данным всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. В таблице приведены наиболее часто проявляемые болезни, связанные с загрязнением питьевой воды [3].

Таблица 1

Заболевания,

возникающие при токсическом воздействии химических элементов, находящихся в питьевой воде

Заболевания пищеварительного тракта

мышьяк, бериллий, бор, хлороформ, ртуть, пестициды, цинк

Болезни сердца и сердечнососудистые изменения

бор, цинк, фтор, свинец, ртуть, бензол, хлороформ, цианиды, трихлорэтилен

Дерматозы и экземы

мышьяк, бор, хлор, кобальт никель, ртуть и т.д.

Цирроз печени

хлор, магний, бензол, хлороформ

Метгемоглобинемия (цианоз)

нитриты, нитраты, азиды, хлораты, фенол

Уремия

медь, свинец, ртуть

Гипофункция щитовидной железы

кобальт

Злокачественные опухали

Хлор, мышьяк

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

2.1. ТОПОНИМИКА И ГИДРОГРАФИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Почему был выбран ручей «Менделеевский» в качестве объекта исследования?

2014 год – год 180-летия со дня рождения Дмитрия Ивановича Менделеева. В связи с этим, мы решили изучить наш город и природные объекты его окрестностей, так или иначе связанные с именем выдающегося русского ученого. Погрузившись в эту тему, мы обнаружили, что именем Д.И. Менделеева названы улицы, школы, библиотеки и другие объекты более чем в 70 городах и поселках России и стран ближайшего зарубежья!

Названия калининградских улиц и поселков приведены в официальном справочнике 1983 года - «Справочник-путеводитель» [4]. Что же касается картографического материала, то более или менее подробные карты и планы Калининграда с нанесением названий поселков до недавнего времени относились к сведениям закрытого характера. Одна из первых общедоступных карт Калининграда издана в 1993 г. в масштабе 1:20 000 [5] и План Калининграда в масштабе 1:10 000 [7].

В западной части города Калининграда размещается поселок МЕНДЕЛЕЕВО (Октябрьский район). Название поселка возникло в 1949 г. от переименования Бумажного городка [немецкое название - Лавскен, Вилки, Маринберг, Юдиттен]. В этом же районе имеется улица имени Д.И. Менделеева [немецкое название - Фридрихсвальдер аллее].

Улица Д.И. Менделеева – одна из красивейших улиц Калининграда, соединяет проспект Победы с проспектом Мира. Её протяженность около 1500 метров, застроена преимущественно 2-х этажными коттеджами. Зеленые насаждения – каштаны, краснолистные клены, липы. На ней размещены: МОУ СОШ №19, Дворец Детского творчества Октябрьского района, Учебно-методический центр Комитета образования администрации г. Калининграда.

Менделеевский ручей (Фридриххофер штрассе). [5, 11]. На современных картах название слегка изменено на «ручей Менделеевка». Находится в Октябрьском районе.

Оказалось, что он входит в гидросистему, питающую город водой, Это обстоятельство тем более подогрело наш интерес к теме.

Ручей - небольшой естественный водоток. Единого критерия для разделения ручья, малой реки и крупной реки не существует. На бытовом уровне ручьём называют водоток, который можно легко перешагнуть, перепрыгнуть. Более крупные водотоки называют речками. Причём даже крупная река вблизи истока может выглядеть ручьём или речкой, но малой рекой её назвать нельзя, это слово не разговорное, оно носит официальную стилистическую окраску [3].

Современное название ручья: Менделеевка (Менделеевский) ручей, надо полагать, появилось от названия поселка Менделеево (Октябрьский район, Калининграда). Менделеевский ручей — берет свое начало около питьевых озер (оз. Белое и водохранилище «Новое»), из озерков и болот к северу от поселка Александра Космодемьянского и из пруда Западный, что говорит о теоритической чистоте ручья.

Течет в восточном направлении вдоль проспекта Победы, вбирая в себя небольшие ручейки. В поселке Менделеево ручей сворачивает к югу, пересекает под мостом проспект Победы и течет далее по болотистой почве, впадая в реку Преголю.

В связи с тем, что Менделеевский ручей пересекается с оживленной дорогой (проспект Победы) и железнодорожными путями, это может стать фактором его загрязнения. Белое озеро — новообразованный водоем (около 1960-х гг.) для водоснабжения Калининграда [11]. Находится в конце проспекта Победы, севернее, на углу с пересечением с окружной дорогой. Время появления названия точно не установлено. Название озера возникло, очевидно, от вольной ассоциации с отражением в воде белесого неба. На карте 1993 г. водоем назван «водохранилище Менделеевское», в скобках — «озеро Белое» [5, 11].

2.2. ОТБОР ПРОБ

Отбор проб является ответственной частью анализа, от которой зависит достоверность получаемой информации. Выбор места отбора, частота и техника отбора должны в определённой степени обеспечивать представительность проб, на основе анализа которых в  дальнейшем делаются выводы о состоянии

водного объекта [9].

Объём отбираемой пробы, необходимой для анализа, зависит от числа определяемых компонентов и колеблется от 1 до

2 литров.

Пробы из водных потоков отбирают для определения качества воды, пригодности воды для пищевого использования, орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и т.п., установления источников загрязнения. Для определения влияния места сброса сточных вод и вод притоков, пробы отбирают выше по течению и в точке, где произошло полное смешение вод. Следует иметь в виду, что загрязнения могут быть неравномерно распространены по потоку, поэтому обычно пробы отбирают в местах максимально бурного течения, где потоки хорошо перемешиваются [9].

Пробы воды на химический анализ нами были взяты на стреже потока с поверхности (0,2-0,5 м), при этом проба воды осторожно зачерпывалась (без взбалтывания) большим сосудом. Посуду для отбора проб мы предварительно тщательно промыли горячей мыльной водой с многократным споласкиванием чистой теплой водой. Затем не менее трех раз ополоснули отбираемой водой и закупорили пластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде.

Для получения достоверных результатов анализ воды следует выполнять, по возможности, скорее. В воде протекают процессы окисления-восстановления, сорбции, седиментации, биохимические процессы, вызванные жизнедеятельностью микроорганизмов и др. В результате некоторые компоненты могут окисляться или восстанавливаться: нитраты – до нитритов или ионов аммония, сульфаты – до сульфитов; кислород может расходоваться на окисление органических веществ и т.п. Соответственно могут изменяться и органолептические свойства воды. Биохимические процессы можно замедлить, охладив воду до температуры 4–5°С (в холодильнике).

Качество воды в водотоках носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следует отбирать в одно и то же время суток (например, в 12 часов), а продолжительность сезонных исследований должна быть не менее 1 года, включая исследования серий проб, отобранных в течение каждого времени года.

Отбор проб производился в трех точках (Рис.7):

- №1 - район пересечения ручья с оживленной дорогой (пр. Победы) и железнодорожного моста;

- №2 - в районе пос. Прегольского, где было обнаружено сливание сельскохозяйственных стоков;

- №3 - в устье ручья при впадении в реку Преголя (ул. Правонабережная).

2.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Цветность. Цветность природных вод колеблется от единиц до тысяч градусов.

Высокая цветность воды ухудшает её органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов из-за резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ. Если показатель высокий, значит какое-то загрязнение есть [3].

Методика анализа. Цветность воды мы определяли с помощью шкалы стандартов. Для приготовления имитационной шкалы мы приготовили два раствора.

Раствор 1 - в мерной колбе с объемом 1 литр растворили в дистиллированной воде 0,0875 г K2Cr2O7 и 2г CoSO4⋅7Η2Ο, добавили 1 мл концентрированной H2SO4 и долили колбу дистиллированной водой до метки.

Раствор 2 - 1 мл концентрированной H2SO4 разбавили дистиллированной водой и довели объем до 1 литра.

Смешивая растворы 1 и 2 в нижеуказанных соотношениях, получили имитационную

шкалу цветности (См. табл. 1)

Таблица 2

В чистый сухой цилиндр отмерили 100 мл исследуемой воды и, просматривая его сверху, сравнили окраску воды с окраской стандартных растворов, налитых в такие же цилиндры. При совпадении окрасок цветность определяется градусом данного стандарта шкалы.

Определение интенсивности и вида запаха воды. Запах зависит от загрязнения воды химическими веществами, живущими и отмирающими микроорганизмами и т.д. Запах фенола и разных солей указывает на загрязнение воды отходами химической промышленности. Гнилостный запах зависит от содержания в ней разложившихся органических веществ. Запах сероводорода вода приобретает в результате разложения серосодержащих органических соединений или вследствие восстановления сульфатов в сульфиды при наличии гниющих органических веществ. Вода, где присутствуют и разлагаются водоросли, часто приобретает рыбный или огуречный запах [3].

Методика анализа. Для определения интенсивности запаха мы использовали 250 мл пробы, помещенной в коническую колбу. При температуре 20°С колбу закрыли пробкой и несколько раз сильно встряхнули с целью взбалтывания исследуемой воды, затем открыли пробку и тотчас же органолептически определили характер запаха и его интенсивность. Такое же определение выполнили при температуре исследуемой воды 60° С, подогревая колбу на водяной бане, накрытую часовым стеклом и воронкой.

Интенсивность и вид запаха определили по таблицам:

Таблица 3

Характеристика интенсивности запаха

Интенсивность

(в баллах)

Характеристика

Проявление запаха

0

Никакого запаха

Отсутствие ощутимого запаха

1

Очень слабый

Запах обнаруживается только опытным наблюдателем, а вы его не чувствуете

2

Слабый

Запах обнаруживается только тогда, когда на него кто-то обратит внимание

3

Заметный

Запах, который вы сразу замечаете

4

Отчетливый

Запах привлекает внимание и заставляет отказаться от питья

5

Очень сильный

Запах настолько сильный, что делает воду не пригодной для питья

Таблица 4

Виды запаха воды в зависимости от загрязнителя

Прозрачность и мутность воды. Данный параметр определяется по способности воды пропускать видимый свет. Степень прозрачности воды зависит от наличия в ней взвешенных частиц минерального и органического происхождения. Вода со значительным количеством взвешенных частиц становится мутной. Для определения прозрачности питьевой воды используется следующая шкала оценки: 1 - прозрачная вода; 2 - слабо опалесцирующая; 3 - слабо мутная; 4 – мутная; 5 - очень мутная.

Мутность измеряется в миллиграммах взвешенных частиц в литре воды. Мутность воды зависит и от количества растворенных в ней солей. Мутная вода плохо обеззараживается, в ней создаются благоприятные условия для сохранения и развития различных микроорганизмов, в том числе патогенных.

По санитарно - гигиеническим нормам содержание взвешенных частиц в питьевой воде не должно превышать 0,25 мг/л. Мутность водопроводной воды должна быть не более 1 мг/л, а в отдельных определениях (обычно в весеннее время) - не более 2 мг/л. Доступная прозрачность питьевой воды должна быть не менее 30 сантиметров [3].

Методика анализа. Измерение прозрачности мы проводили в лабораторных условиях с помощью шрифта ГОСТа 3551-46 с высотой букв 3,5 мм. С этой целью использовали стеклянный цилиндр с внутренним диаметром 2,5 см и высотой около 50 см, в который постепенно заливалась исследуемая вода. Проба воды рассматривается при рассеянном дневном свете. Мерой прозрачности служит высота столба воды в сантиметрах, при котором можно наблюдать на белой бумаге шрифт.

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ ПО ХИМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Активная реакция воды определяется водородным числом (рН), т.е. концентрацией ионов водорода, выраженной в ионах на литр раствора. Увеличение щелочности воды указывает на приток к источнику других вод или цветение водоемов, откуда берется вода. Кислая реакция воды бывает в результате наличия гуминовых веществ или проникновения в источник промышленных сточных вод, содержащих кислоты. Из природных вод наиболее кислыми являются болотные, содержащие органические вещества, а щелочными - подземные воды, богатые бикарбонатами.

Сильнощелочная питьевая вода имеет рН более 10, сильнокислая – ниже 4 [3].

Методика анализа. При анализе воды используются индикаторные бумажки, которые смачивают исследуемой водой, а затем сравнивают с бумажной цветной шкалой. С этой целью мы индикаторную бумагу опустили в анализируемую воду на 5-10 секунд.

Через 3 минуты сравнили окраску участка с образцами контрольной шкалы. За результат анализа приняли значение рН, соответствующее ближайшему по окраске образцу шкалы (рис. 10), а при промежуточной окраске соответствующий интервал значений рН.

Рис. 10. Шкала определения рН

Общая жесткость. Жесткость воды – совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде солей кальция и магния. Если концентрация катионов кальция и магния велика, то воду называют жесткой, если мала - мягкой. Именно они придают природным водам специфические свойства. Суммарное содержание этих солей называют общей жёсткостью [3].

Жесткость воды измеряется в миллиграмм-эквивалентах на литр воды (мг/л). Один миллиграмм-эквивалент жесткости соответствует содержанию в литре воды 28 мг СаО или 20,16 мг МgО. Воду с жесткостью до 3,5 мг. экв/л называют мягкой, 3,5-7,0 мг. экв/л - умеренно-жесткой, свыше 7,0 мг. экв/л - жесткой. Питьевая вода в соответствии с ГОСТом должна иметь общую жесткость 7,0 мг. экв/л, но не более 10,0 мг. экв /л. Особые требования предъявляются к технической воде для различных производств, так как накипь может выводить технику из строя.

Методика анализа. Для определения общей жесткости мы в мерную склянку налили 5 мл анализируемой воды. Затем добавили пипеткой-капельницей к пробе раствор титранта по каплям, постепенно, непрерывно перемешивая содержимое пробирки встряхиванием, до изменения цвета раствора (от розового до сиренево-синего). 1 капля титранта соответствует 1,0 ммоль/л-экв.

Величину общей жёсткости анализируемой воды рассчитали по формуле:

ОЖ, где:

- N – количество капель раствора титранта, - V – объём анализируемой пробы (в мл).

Железо (Fe).Железо - важный микроэлемент и от него зависят разные важные биологические процессы. Оно влияет на интенсивность развития фитопланктона и от него зависит качество микрофлоры в водоёмах. Повышенное содержание железа (более 1 мг/л) ухудшает качество воды и возможность ее использования для питьевых и технических целей. ПДК для Fe(II) составляет 0.5 мг/л, для Fe(III) - 0.05 мг/л.

Количество железа в воде зависит от химического состава воды, рН и частично от температуры, так как концентрация железа в воде имеет сезонный характер. Самые высокие концентрации в водоёмах наблюдаются зимою и летом из-за стагнации вод, а вот весною и осенью заметно снижается уровень этого элемента по причине перемешивания водных масс.

Методика анализа. Пробу, объёмом 5 мл, анализируемой воды поместили в чистую пробирку. Добавили в пробу 50 мг буферный реактив ̶ винную кислоту (C4H6O6). Полоску индикаторной бумаги тест-системы «Железо общее» поместили в анализируемую воду на 5-10 секунд. Определили концентрацию железа общего, сравнивая через 1 минуту окраску участка с образцами на контрольной шкале (рис.11).

Рис. 11. Шкала концентрации железа общего.

Медь (Cu₂). Пресная вода, как правило, содержит 2 - 30 мкг меди на литр. Высокие концентрации меди в воде говорят о загрязнении.

Хотя медь имеет две ионные формы, чаще всего в воде встречается Cu(II). Предельно-допустимый уровень меди в воде считается 0,1 мг/литр, в рыбохозяйственных водоёмах предельно-допустимая концентрация меди уменьшается до 0,001 мг/литр.

Методика анализа. Пробу воды, объёмом 5 мл, поместили в чистую пробирку. Полоску индикаторной бумаги тест-системы «Медь» опустили в анализируемую воду на 5-10 секунд. Определили концентрацию катионов меди, сравнивая через 3 минуты окраску участка с образцами на контрольной шкале (рис.12).

Рис. 12. Шкала концентрации катионов меди.

Никель (Ni). На содержание никеля в водах влияют местные породы, а также процессы, происходящие при разложении растений и животных. Сине-зеленые водоросли содержат рекордные концентрации никеля по сравнению с другими растительными организмами.

Вода может содержать никель в растворённой, коллоидальной и взвешенной формах (баланс между этими состояниями зависит от рН среды, температуры и состава воды). Самой стабильной ионной формой считается Ni²⁺. Ni³⁺ формируется при большом рН. Свободный Ni²⁺ более токсичный, чем в форме комплексов.

Методика анализа. Индикаторную полоску тест-системы «Никель» опустили на 5-10 секунд в пробирку с анализируемой пробой воды, объёмом 5 мл. Определили концентрацию ионов никеля, сравнив через 3 минуты окраску участка с образцами на контрольной шкале (рис.13). За результат анализа приняли значение концентрации, соответствующее ближайшему по окраске образцу шкалы, а при промежуточной окраске – соответствующий интервал концентраций.

Рис.13. Контрольная шкала концентрации катионов никеля

Нитриты. Присутствие нитритов в природных водах связано, прежде всего, с процессами разложения органических веществ и нитрификации. Аммонийные ионы под действием особых бактерий окисляются в нитрит ионы:

NH₄⁺ + OH^- + 3/2 O₂ = H⁺ + NO^2- + 2 H₂O

При достаточной концентрации кислорода процесс идёт дальше до нитратов. Поэтому нитриты в заметных количествах обнаруживаются при дефиците кислорода. Появление нитритов в больших концентрациях возможно в районах сброса в водоёмы сточных вод. Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических остатков в условиях более медленного окисления нитритных ионов в нитратные, что указывает на загрязнение водного объекта.

Нитриты значительно опаснее нитратов, поэтому их содержание в воде контролируется более строго.

Методика анализа. В чистую пробирку поместили 5 мл пробы воды. Затем взяли индикаторную полоску тест-системы «Нитрит-тест» и опустили ее на 5-10 секунд в анализируемую воду. Через 3 минуты определили концентрацию нитрит-анионов, сравнивая индикаторную полоску с образцами на контрольной шкале (рис.14). За результат анализа приняли значение концентрации, соответствующее ближайшему по окраске образцу шкалы.

Рис. 14. Контрольная шкала определения концентрации нитрит-ионов

Азот аммонийный. Сезонные колебания концентраций ионов аммония характеризуются обычно понижением концентрации весной и в период интенсивной отосинтетической деятельности фитопланктона и повышения летом, при усилении процессов бактериального разложения органических веществ. В осенне-зимний период повышенное содержание ионов аммония связано с продолжающимся распадом органических веществ в условиях слабого и полного отсутствия его потребления фитопланктоном. Повышенное содержание ионов аммония указывает на ухудшение состояния водного объекта. ПДК его составляет 2 мг/л.

Методика анализа. В чистую пробирку налили 5 мл анализируемой воды, добавили 0,01 г сегнетовой соли (KNaC₄H₄O₆·4H₂O) и туда же пипеткой 0,25 мл реактива Несслера -щелочной водный раствор дигидрататетраиодомеркурата (II) калия (K₂[HgI₄]*2H₂O).

Содержимое пробирки перемешали и, полученную смесь оставили на 2 минуты для завершения реакции. Затем провели визуальное колориметрирование пробы, держа пробирку с пробой над белым полем контрольной шкалы тест-системы «Аммоний» (рис.15) на расстоянии 1 см. от поверхности, освещая пробирку рассеянным белым светом.

Определили ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации иона аммония в мг/л.

Рис. 15. Контрольная шкала определения концентрации аммоний-ионов

Активный хлор. Активный хлор определяется в свободной и связанной формах, то есть определяется суммарное содержание свободного хлора, хлорноватистой кислоты, гипохлоритов и хлораминов.

Методика анализа. На рабочий участок индикаторной полоски наносится капля анализируемого раствора до образования равномерно смоченного пятна. Определяют концентрацию активного хлора, сразу же сравнив окраску в месте нанесения капли, в районе наиболее плотной окраски, с образцами на контрольной шкале (рис.16). За результат анализа принимается значение концентрации, соответствующее ближайшему по окраске образцу шкалы (при промежуточной окраске – соответствующий интервал концентраций).

Рис. 16. Контрольная шкала определения концентрации активного хлора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вода представляет собой важнейшее химическое соединение, определяющее возможность существования жизни на Земле. Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Она является важным элементом живого органического мира. Определенное и постоянное содержание воды - одно из необходимых условий существования живого организма.

Важнейшим показателем качества воды является ее чистота. Существуют определенные гигиенические нормативы - предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воде водоемов. Соблюдение этих ПДК обеспечивает безопасность воды для здоровья населения и благоприятные условия санитарно-бытового водопользования.

Проблема охраны и рационального использования водных ресурсов стала особенно актуальна в современных условиях. Сохранение запасов питьевой воды, ее экономное использование – одна из актуальных проблем, решение которой является важной государственной задачей, но, вместе с тем, в значительной степени зависит от каждого из нас.

В своей работе мы провели исследование воды ручья «Менделеевский», входящего в гидросистему водоснабжения города. Полученные результаты проанализировали и пришли к выводу, что воду ручья «Менделеевский» можно считать экологически безопасной (Табл. 5). Таблица 5

Результат анализа

Определяемые ингредиенты

ПДК

(мг/дм³)

Результаты (мг/дм³)

Точка отбора пробы №1

Точка отбора пробы №2

Точка отбора пробы №3

Органолептика

Цветность

26 градусов

25 градусов

25 градусов

Запах

1 балл

1 балл

3 балла

Прозрачность

40 см

42 см

40 см

Химический состав

рН

6,5 – 8,5

7

7

7

Общая жёсткость, ммоль/л-экв

10

2,4

3,2

3,2

Железо общее

0,3

1,3

0,9

0,8

Медь

0,1

0,5

0,8

0,6

Никель

0,01

0,05

0,05

0,06

Нитриты

3

0

0

0

Азот аммонийный

2

0

1

1

Активный хлор

0,3

0

0

0

Данное исследование является предварительным. Наша работа не носит мониторинговый характер, так как отбор проб, анализ органолептических и химических показателей исследуемой воды производился одноразово (октябрь-ноябрь 2013 г.), что, конечно же, не может дать достоверную информацию качества воды с учетом ее сезонной цикличности.

Однако есть основания полагать, что цели и задачи, поставленные в исследовании - освоение навыков исследования как универсального способа приобретения новых знаний, в основном выполнены. Мы подобрали и освоили методики эксперимента, позволяющие выявить органолептические и химические показатели воды, приобрели навыки работы с первоисточниками, освоили алгоритм выполнения исследования.

Кроме того, выполняя данную работу, мы на одном из уроков химии посмотрели видеофильм «ВЕЛИКАЯ ТАЙНА ВОДЫ» и поняли, что о воде мы знаем очень мало…

В старой доброй формуле H2O, казалось бы, не заключено никаких тайн. Но на самом деле вода – источник жизни и самая известная жидкость в мире – таит в себе множество загадок. К таким «загадочным» свойствам воды относятся: 1) - ее способность к дистанционному воздействию; 2) - безреагентное изменение своих свойств и биологических функций; 3) - так называемая «память воды», т. е. способность воспринимать, сохранять, передавать и терять информацию. Сенсационные открытия, сделанные российскими учеными и их зарубежными коллегами, заставляют сегодня «смотреть на воду» гораздо серьезнее. С одной стороны, она считается «колыбелью жизни», с другой — не раз становилась причиной глобальных катастроф.

Так как «память воды», ее способность к дистанционному воздействию затрагивает не только научную сторону, но и проблему социальных отношений людей в обществе, проблему толерантности, мы решили в дальнейшем продолжить работу над темой «Загадки воды» для более глубокого понимания законов жизни биологических систем.

Мы понимаем и убеждены, что наша планета станет экологически чистой только тогда, когда в любом ее регионе, в любом ее водоеме, вода станет живой. Живой не в переносном смысле. Она станет источником жизни всего живого. И тогда вместо занесения вымирающих живых  организмов в «Красную книгу», мы будем иметь «Белую книгу», в которую будем заносить  удивительно прекрасные новые живые творения Природы и Человека.

Завершаем работу словами Петра Ильича Чайковского:

«Что воспитывает широту духа, как ни эта удивительная природа.

Её надо беречь, как мы бережём самую жизнь человека.

Потомки никогда не простят нам опустошение Земли,

надругательства над тем, что по праву принадлежит

не только нам, но и им».

ЛИТЕРАТУРА:

1. Белоглазов С.М., Мямина М.А., Мямина А.А. Микробиологическая коррозия стали Ст.3 с кадмиевым покрытием из электролита с органическими добавками // Практика противокоррозионной защиты. – 2007. – №4 (46). – С. 35-40.

2. Гуревич Ю.Л. Особенности кинетики роста популяций микроорганизмов: Теория и эксперимент. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1998. – 66 с.

3. Гурова Т.Ф. Основы экологии и рационального природопользования. - М.: Логос, 1998. – 186 с.

4. Калининград / Справочник-путеводитель. Кал-д: Изд-во Янтарный сказ, 1983. – 66 с.

5. Карта «Калининград и его окрестности». М 1:20 000. Минск: Изд-во Таеск, 1993.

6. Кенигсберг—Калининград = Konigsberg—Kaliningrad: Альбом. / СоставительА. П. Овсянов и др. На русс.и нем. яз. Калининград: Янтарный сказ, 2005.

7. План Калининграда. М 1:10 000. Германия: Изд-во Раутенберг, 1992.

8. Рахманина Ю. А., Кондратова В.К. Вода — космическое явление, М.: Изд-во Дрофа, 2002. – 136 с.

9. Чибисова Н.В. Практикум по экологической химии // Учебное пособие. Кал-д: Изд-во КГУ, 1999. - 94 с., Гл. I. - Экологическая химия воды - С. 22-40.

10. justwater.ru-Просто вода. Афоризмы, цитаты, высказывания МенделееваД.И.

11. kaliningradfirst.ru -Калининградский клуб краеведов.Губин А.Б.Топонимика Калининграда. Реки и водоемы Часть 1. – С 8-10.

12. http://www.klgd.ru/city/history/gubin/reservoir.php.print.- Топонимика Калининградской области. Города, поселки, улицы

24

Краткое описание документа:

При выдвижении гипотезы, определении цели исследования и объекта исследования они выразили собственное желание освоить алгоритм выполнения исследовательской работы,методологические подходы к его проведения, которые принято называть изучением в научном смысле.

Средством доказательства или опровержения выдвинутой гипотезы была выбрана работа по исследованию органолептических показателей и химического состава воды ручья «Менделеевский». Не случайно, дети предложили назвать свою работу высказыванием великого русского ученого Д.И. Менделеева, 180-летие со дня, рождения которого отмечается в текущем году.

Экспериментальную часть работы учащиеся выполнили самостоятельно в школьной лаборатории кабинета химии и в лаборатории неорганической химии института биоэкологии БФУ им. И. Канта.