«Исследование жёсткости воды Ашинского района»

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №7» г. Аши исследовательский проект на тему: «Исследование жёсткости воды Ашинского района» Выполнил: Радаев Данил, 9Б класс Учитель: Зуева Е. В. Аша, 2021

Оглавление

Введение. 3

Значение воды.. 4

О питьевой воде. 5

Современное отношение к питьевой воде. 6

Виды пресной воды.. 8

Обычная и пресная вода. 9

Питьевая вода. 10

Стандарты на питьевую воду. 11

Жесткость воды.. 12

Публичный опрос.....................................................................................................................................13

Определения жесткости воды.. 14

Расчет временной жесткости воды.. 15

Заключение. 16

Список литературы.. 17

Приложение №1. 18

Приложение №2. 19

Приложение №3. 21

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Вода - это древний универсальный символ чистоты,

 плодородия и источник самой жизни. (Мосин О.В.)

Что современный человек знает об этом природном веществе сегодня? Все ли тайны раскрыты?

С уверенностью сказать о том, что да, мы познали смысл этого вещества, сложно. О воде написано очень много статей, воде посвящены стихи и пословицы, она - воплощение жизни в литературных произведениях. Процесс её освоения не окончен. К пониманию важности и значения пресной воды в нашем повседневном мире привлечено внимание многих учёных планеты. Процесс изучения физико-химических характеристик воды в наши дни постепенно переходит на новый уровень.

Тема исследовательского проекта: изучение жёсткости воды.

Цель: изучить, исследовать и сравнить жёсткость воды.

Задачи:

1. изучить литературные источники по проблемам химического состава воды;

2. практически ознакомиться с методами исследования жёсткости воды;

3. совершенствовать навыки работы с дополнительными источниками по выбранной теме исследования;

4. оценить воду на содержание минеральных солей, определить жёсткость воды в исследуемых образцах.

Объекты исследования: речная, колодезная и водопроводная вода.

Предмет исследования: проблема жёсткости воды.

Гипотеза: Высокое качество питьевой воды обеспечивает здоровье, благополучие и рассвет нации.

Актуальность исследования. Вода – наиболее удивительное вещество на Земле, удивительное потому, что оно обеспечивает условия для развития и роста всевозможных видов жизни. Эта тема актуальна, так как я живу в городе Аша где, как и перед многими жителями района стоит проблема чистой питьевой воды. К пониманию важности и значения пресной воды в нашем повседневном мире привлечено внимание многих учёных планеты.

Методы исследования: сбор информации о воде в литературных источниках, изучение методики проведения экспериментальных опытов, проведение экспериментальных опытов.

Значение воды

Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на земле.

Вода-наиболее удивительное вещество на Земле, удивительное потому, что оно обеспечивает условия для развития и роста всевозможных видов жизни. Окажись вы в пустыне под её беспощадно палящим солнцем, вы будете готовы променять все ценности на воду, на хотя бы один глоток этого живительного и бесценного «жидкого золота». Будь вы хоть самым богатым человеком на свете, все ваше богатство не окажетесь в пустыне, и ваш запас воды иссякнет.

Говорится: нет воды - нет жизни, есть воды – есть жизнь. Роль воды огромна для всего живого. Что было бы, если на Земле не имелось бы рек, морей и океанов? Как бы тогда развивалось всё живое? В этом случае жизнь на нашей планете не могла бы даже появиться. Собственно, воде Земля обязана появлением и развитием жизни, следовательно, не будь её, не было бы и нас. Ни один живой организм не выжил бы, а жизнь бы не появилась.

О питьевой воде

Развитие жизни неразрывно связано с гидросферой. Вода явилась той основой, благодаря которой возникла жизнь. По одной из гипотез, жизнь возникла на границе Мирового океана, атмосферы и земли.

В процессе развития цивилизации вода используется не только для питьевых и бытовых целей, но и как мощнейшее средство развития производительных сил. Сельскохозяйственное орошение, транспорт, энергетика – всё это основано на использовании воды. Однако наличия только водного объекта не всегда достаточно. Для того чтобы использовать воду в каких-либо целях, необходимо создать ряд сооружений.

С момента своего появления на Земле человек использует природные водные источники. И одна из этих целей – приготовление питьевой воды. Под приготовлением питьевой воды понимается изыскание источников воды, определение её пригодности для питьевых целей, добыча воды, улучшение качества, а также транспортирование к месту потребления. В общей структуре использования воды потребление её для питьевых целей занимает совершенно незначительное место. Достаточно сказать, что в зависимости от степени благоустройства жилища человека нормами предусмотрено потребление до 350 л воды питьевого качества в сутки. Из них непосредственно для питья человек расходует не более 2-3 л. Однако приготовлению воды именно питьевого качества цивилизованное человечество уделяет особое внимание.

Современное отношение к питьевой воде

На основе множества самых разнообразных исследований специалисты создали стандарты, нормы содержания различных веществ в воздушном бассейне города, в различной по использованию воде и т. д.; если эти нормы не превышены, то непосредственной угрозы человеческому здоровью нет. Есть такие нормы и для питьевой воды. Их называют ПДК- предельно допустимые концентрации.

Обычно полагают, что плохая питьевая вода – это вода, содержащая микробы, вирусы, то есть различные микроорганизмы, возбуждающие болезни. Такую воду надо прокипятить, а для страховки от заразы ещё принять рюмку водки, продезинфицировав тем самым кишечник, но не всё так просто… Вода часто становится источником заражения человека животными паразитами – глистами. С загрязнённой водой в организм человека могут попасть яйца некоторых паразитических червей. В кишечнике они превращаются в паразитов (аскариды, острицы). Также через воду иногда происходит заражение лямблиями, которые поражают печень. Попавшие в воду возбудители кишечных инфекций сохраняют жизнеспособность длительное время. Например, палочка брюшного тифа может сохраняться в речной воде до 183 дней, дизентерии – до 92 дней.

Вода природных источников содержит большое количество разнообразных микроэлементов, их роль в жизнедеятельности организма значительна. Избыток или недостаток тех или иных микроэлементов способен оказывать влияние на здоровье, привести к нарушению обмена веществ, в результате возникают геохимические эпидермии. Например, эндемический зоб, вызываемый недостатком йода. Нормальным считается, когда человек ежесуточно получает с питьевой водой и пищей 0,05-0,1 мг йода.

Жители городов употребляют привозные продукты, получая в общей сложности достаточное количество этого микроэлемента. А в небольших населённых пунктах целесообразно использовать при питании йодированную поваренную соль.

Другое заболевание, связанное с составом питьевой воды, эндемический флюороз (поражение эмали зубов). Оно возникает там, где в воде содержится избыток фтора (более 1,5 мг/л). Недостаток фтора в питьевой воде (менее 0,6 мг/л) тоже вреден – возникает кариес зубов.

Установлено и предельно допустимое содержание нитратов в воде, оно составляет 10 мг/л по азоту. При повышении этого количества могут наблюдаться признаки кислородного голодания. Содержание нитратов в питьевой воде в концентрации ниже 10 мг/л является безвредным. Нитраты природного происхождения, например, в Аше, - обычное явление в подземных водах. Также не предусматривается содержание в воде нитритов. Согласно современным данным, нитриты в кишечнике человека под влиянием обитающих в нём бактерий восстанавливаются в нитраты переносе кислорода. Всасывание нитратов ведёт к частичной потере активности гемоглобина в переносе кислорода.

Важным показателем воды является её жёсткость. Для измерения жёсткости воды используют другую единицу: грамм-эквивалент. Жёсткость воды также зависит от времени года: минимальна она во время весенних паводков и максимальна зимой.

Виды пресной воды

        Перед тем как перейти к рассмотрению вводов пресных вод, остановимся на их главном назначении: они – источник утоления жажды. Когда любая пресная вода – хоть из грязной речки, хоть из луж – становится для нас питьевой. Если мы не можем удовлетворять жажду в течение нескольких дней, нас ожидает гибель. Число дней определяется погодой и климатом: жарким, сухим и влажным.

В морской и океанской воде присутствуют сульфат, бромид магния, но в небольших количествах. Почти 85% морских и океанских солей – это хлорид натрия, обычная поваренная соль. По насыщению солями вода различна в разных морях и океанах. Финский залив почти пресноводный: в 1 л его воды 3 – 4 г солей, в Черном море – 15 – 18 г/л, в океан – до 35 г/л, а, например, в Красном море – 40 г/л. Плавать удобно, но пить нельзя. Человеку жизненно необходимы соли калия, натрия, магния, кальция и др. элементов, но в умеренных дозах. Мы не можем пить воду с содержанием солей больше 2,5 г/л.

Обычная и пресная вода

   Вода - универсальный растворитель, а это значит, что ее насыщенность минералами зависит от почвы и залегающих под ней горных пород. Кроме того, вода подвижна, и, следовательно, на ее состав влияют выпадающие осадки, таяние снегов, половодье, и притоки, впадающие в более крупную реку или озеро. Наш организм адаптирован к воде родины, она пропитывает, формирует нас, и нет ее вкуснее и слаще, но притом условии, что она чистая. Понятие чистоты, если вспомнить о многообразии пресных вод, на самом деле очень неоднозначно. Существует несколько важных показателей качества пресной воды: кислотность рН ( или водородный показатель), жесткость и органолептика.
         рН связана с концентрацией ионов водорода в среде, измеряется с помощью простого прибора «пэ – аш – метра» и дает нам понятие о кислотных или щелочных свойствах среды ( в данном случае – воды):
                             рН<7 – кислота среда;
                             рН=7 – нейтральная среда;
                             рН>7 – щелочная среда.
        Это очень важный показатель, при чем не только для обыкновенной или минеральной воды, но и для человеческого организма, кислотный баланс которого должен выдерживаться в очень жестких рамках: допустимые значения рН  составляют от 7,38 до 7,42 и не могут отклоняться даже на 10% от этого диапазона. При рН=7, 05 человек впадает в пред коматозное состояние, при рН =7,00 – наступает кома, а при рН=6,80 – смерть.

Под органолептическими характеристиками воды понимается ее запах, вкус, цвет и мутность. Запах определяются, нюхая воду (землистый, хлорный, запах нефтепродуктов и т.д.) и оценивая интенсивность запаха по пятибалльной шкале

( ноль соответствует полному отсутствию запаха):
            1 – очень слабый, практически неощутимый запах;
            2 – запах слабый, заметный лишь в том случае, если обратить на него внимание;
            3 – запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде;
            4 -  запах отчетливый, обращает на себя внимание и заставляет воздерживаться от питья;
            5 – запах настолько силен, что делает воду не пригодной к употреблению.
  В к у с воды характеризуется определениями соленый, кислый, сладкий, горький, а все остальные вкусовые ощущения называют привкусами.  Цвет воды      определяют фотометрически.

Питьевая вода

   Питьевая вода должна отвечать стандартам. Существует несколько стандартов на питьевую воду из них четыре наиболее важных: российский стандарт, определяемый соответствующими ГОСТами, стандарт (Всемирной организации здравоохранения), стандарт США и стандарт стран Европейского Союза (ЕС). ГОСТ на питьевую воду в России действует с 1982 года, в настоящий момент дополнен другим, более обширным документом–Санитарные правила и нормы.

2.1.4.559–96 «Питьевая вода»
    Основные требования российского стандарта:
     это вода с соответствующими органолептическими показателями -  прозрачная, без запаха  и с приятным вкусом;
     это вода с рН=7-7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;
     это вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;
      это вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые – сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют ( то есть  их концентраций настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);
       это вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и вирусов)
          Чистая вода и питьевая вода – отнюдь не синонимы. Чистая вода, в отличие от воды питьевой, неопределенный термин. Для химика «чистая вода» - дистиллят; для микробиолога – та, в которой могут обитать хотя бы бактерии, а для производственника – та, которая годится, скажем, для флотации полезных ископаемы. С питьевой водой проще: она должна отвечать стандартам. 

Основные нормируемые показатели качества питьевой воды Число микроорганизмов в 1 см3                                           не более 100 Число бактерий группы кишечных палочек в 1л.              не более 3 Мутность (содержание взвешенных частиц)                             не более 1,5  г/л  рН                                                                                            6,0 – 9,0 Общая минерализация                                                                100*-1000 мг/л Кальций                                                                                                 30*-140 мг/л Щелочность                                                                                          0,5 – 6,5 моль/л Жесткость                                                                               0,75- 3,5ммоль/л Хлориды                                                                                                не более 350 мг/л Сульфаты                                                                                               не более 500 мг/л Железо                                                                                                   не более 0,3 мг/л                              Медь                                                                                                       не более 1мг/л Аммиак                                                                                                  не более2,0мг/л(по N)                                                Цинк                                                                                                       не более 5 г/л                                                                                        Алюминий                                                                                             не более 0,5 мг/л                                                                                                                  Нитраты                                                                                                 не более 45 мг/л Свинец                                                                                                   не более 0,03 мг/л Фтор                                                                                                       0,7 – 1,5**мг/л *Рекомендуемый минимальный уровень.      **В зависимости от региона.

Стандарты на питьевую воду

Жесткость воды

Общая жёсткость различной воды

Вода	Общая жёсткость, мг-экв/л
Очень мягкая	До 1,5
Мягкая	1,5 - 3
Умеренно жесткая	3 - 6
Жесткая	6 - 9
Очень жесткая	более 9
Морская	более 65

Жесткую воду не желательно использовать для различных бытовых, технических целей. А человеческое здоровье? Как оно реагирует на содержание кальция и магния в воде? Оказывается, и мало солей плохо, и много тоже плохо. Исследования германских специалистов показали: чем мягче питьевая вода, тем выше процент сердечно сосудистых заболеваний среди населения. В то же время употребление жесткой воды увеличивает опасность мочекаменной болезни, неблагоприятно влияет на состояние сосудов. Избыток ионов Са²⁺ в организме приводит к отложению солей в шейном, грудном, поясничном отделах позвоночника, суставах конечностей.

Жесткая вода мало пригодна для стирки белья. Содержащиеся в ней растворимые известковые соли (кальция и магния) соединяются с мылом, образуя нерастворимый осадок, который вместе с загрязнениями остаётся на ткани, придавая ей желтоватый или серый цвет и делая бельё хрупким и липким. Для умягчения воды чаще всего применяют щелочи: соду, тринатрийфосфат, поташ, силикат натрия (жидкое стекло). Вода также умягчается при кипячении. При этом из неё улетучивается углекислый газ, входящий в состав известковых солей, вследствие чего известковые соли переходят в нерастворимое состояние и осаждаются на стенках посуды, образуя накипь. Самым простым индикатором жесткости воды является растворимость мыла. Немного измельченного мыла (в виде стружек) кладут в стакан с горячей водой. Если мыло полностью растворится и после охлаждения получится прозрачный раствор, значит вода мягкая, если же на поверхности образуется плёнка нерастворимого мыла – вода жесткая.

Публичный опрос

В своём классе я провёл опрос по нескольким 5 вопросам (см. приложение №3).

В опросе приняли участие 18 девятиклассников. Обработав диагностический материал и обработав его, сделаем некоторые выводы.

На вопрос «Какую воду вы пьёте?» 29% ответили, что пьют сырую воду,

 18% -пьют кипячёную, 53% - пьют фильтрованную. На вопрос «Влияет ли вода на здоровье человека?» все 100% опрашиваемых ответили да. На вопрос «Какими фильтрами вы пользуетесь?» 9% ответили – Кувшин Аквафор, 18% - Кувшин Барьер, 2% - другие системы, 55% - не пользуются фильтрами. На вопрос «Какие вредные элементы содержит вода, которую вы пьете?» 23% ответили, что вода содержит соли, 38% - загрязнение бактериями, 23% - не содержит, 15% - затрудняюсь ответить, 0% - железо и кальций.

На вопрос «На какие органы может отрицательно влиять вода, которую вы пьете?» 0%  ответили на печень, 50% - на почки, 25% - на пищеварительную систему, 0% - на сердце,25%-затрудняюсь ответить.
Определения жесткости воды

Определение жесткости воды провели методом титрования. Метод основан на осаждении ионов Са⁺² и Mg⁺² избытком раствора ортофосфата натрия Na₃PO₄: 3 MeCI₂ + 2 Na₃PO₄ = Me₃(PO₄₎₂ ↓ + 6NaCI

Для исследования и сравнения жесткости взяли воду из реки Сим, водопроводную и колодезную. В мерную колбу вместимостью 250 мл перенесли 100 мл анализируемой воды, добавили точно измеренный объём – 25 мл 0,2 н раствора Na₃PO₄ и отстаивали 30 минут, затем довели до метки дистиллированной водой, тщательно перемешали и фильтровали через плотный бумажный фильтр в сухую ёмкость. В коническую колбу объёмом 250 мл отобрали 100 мл фильтрата для проведения титрования и добавили 2-3 капли индикатора метилоранжа. Карбонатная жесткость воды Ж_К определяется методом нейтрализации. Он основан на титровании воды, в которую добавляется метиловый оранжевый, раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую. Метиловый оранжевый является кислотно-основным индикатором, который при pH <3,1 имеет красную окраску, а при pH> 4,4 окрашивается в желтый цвет. В интервале значений pH 3,1 - 4,4 окраска индикатора становится оранжевой. Титрование воды раствором HCl сопровождается протеканием реакции нейтрализацииOH^¯ + H⁺ →H₂O, в которой ионы H⁺ диссоциирующей кислоты нейтрализуют гидроксид-ионы OH^‾, образующиеся в результате гидролиза анионов HCO₃^‾ в воде HCO₃^¯ + H₂O ↔ H₂CO₃ + OH^¯.

(Габриелян О. С., Л.П.Ватлина. «Химический эксперимент в школе». Дрофа. Москва. 2005г):

Затем титровали соляной кислотой до появления бледно-розовой окраски раствора. Параллельно определили объём соляной кислоты, пошедшей на определение временной жесткости в идентичных условиях. Для этого взяли мерную колбу вместимостью 250 мл, добавили 100 мл анализируемой воды, довели до метки дистиллированной водой и тщательно перемешали. После этого в коническую колбу для титрования отобрали 100 мл раствора, добавили 2-3 капли метилоранжа и титровали соляной кислотой до появления бледно-розовой окраски.

На определение временной жесткости колодезной воды израсходовали 0,8 мл 0,1 н. раствора HCI на 100 мл пробы. Для речной воды  части деревни израсходовали 2,4 мл 0,1 н раствора HCI на 100 мл пробы. А для водопроводной воды израсходовали 2,1 мл 0,1 н раствора HCI на 100 мл пробы.

Расчет временной жесткости воды

(Химия в школе,2000 год, №5)

Ж_в = (c_э(HCI) •V(HCI) / V_пр) • (V_колбы / V (H₂O)) • 1000, где

V(HCI) – объём соляной кислоты, пошедшей на титрование, л;

c_э(HCI) – молярная концентрация эквивалента соляной кислоты, моль/л;

V(H₂O) – объём анализируемой воды, л;

V_колбы - объём мерной колбы, л;

V_пр – объём воды, взятой для титрования, л.

Ж_в=(0,8 •10^-3 л •0,1 моль/л /100 •10^-3л )•(250 •10^-3л / 100 •10^-3л )•1000 = 2 ммоль/л. (для колодезной воды )

Ж_в=(2,4 •10^-3 л •0,1 моль/л /100 •10^-3л )•(250 •10^-3л / 100 •10^-3л )•1000 =6 ммоль/л. (для воды реки Сим)

Ж_в=(2,1 •10^-3 л •0,1 моль/л /100 •10^-3л )•(250 •10^-3л / 100 •10^-3л )•1000 =4 ммоль/л. (для водопроводной воды)

Вывод

В процессе исследования мы установили, что наши образцы воды из реки, колодца и крана являются умеренно жесткими – жесткими. Мы провели эксперименты на определение показателей воды как рН. Они дали следующие результаты: рН колодезной воды – 7, 28, рН реки Сим – 8, 34, рН водопроводной воды – 7, 88. Данные результаты говорят, о том, что все три образца имеют слабощелочную среду.

Также было установлено, что колодезную воду не рекомендуем пить. Так как полезной для человека является вода со слабощелочной реакцией, то есть рН которой колеблется от 7,5 до 8,5. А водопроводная вода этому требованию полностью отвечает.

Заключение

Одна из экологических проблем – это проблема чистой питьевой воды. Мыло в жесткой воде не мылится, овощи плохо развариваются, а при использовании такой воды в паровых котлах, стиральных машинах, электрочайниках образуется накипь, которая снижает эффективность их работы и может привести к разрыву. Жесткую воду перед употреблением целесообразно умягчить, удалив катионы кальция и магния. Однако для жизнедеятельности человеческого организма кальций и магний необходимы, так как играют важную роль в процессах формирования костей, свёртываемости крови, сокращения сердечной мышцы, передачи нервных импульсов. Избыток Ca⁺² в организме приводит к отложению солей в шейном, грудном, поясничном отделах позвоночника, суставах конечностей. Отсюда следует, что важно вести контроль за содержанием солей кальция и магния в питьевой воде.

Список литературы

1. Химия в школе,2000 год,№5

2. Химия в школе, 2001 год, №7

3. Габриелян О. С., Л.П.Ватлина. «Химический эксперимент в школе». Дрофа. Москва. 2005г

4. Н.В.Ширшина, «Химия. Проектная деятельность учащихся», Волгоград,2008 год

5. Ростова Л. «Исцеляющая вода». Ростов-на-Дону. «Феникс», 2011 год.

6. (2011 Газета «Вечерняя Казань». RSS-каналы).

7. Материалы из Википедии – свободной энциклопедии

Приложение №1

Источники воды и ее виды

Распределение вод на земном шаре

Мировой океан		Континентальные воды
	Атмосф. воды	Подзем. воды	Воды в почве	Ледники	Воды озер и рек	Воды в растениях и животных
1120 - 1300	0,013	60 - 100	50 - 90	20 - 30	1 - 4	0,006

Приложение №2

                   

Приложение №3