Исследовательская работа по химии «Определение жёсткости воды с помощью раствора синтетических моющих средств».

Муниципальное общеобразовательное учреждение

основная общеобразовательная школа № 3  г. Камешково  Владимирской области

Учебно-исследовательская работа

«Определение жёсткости воды с помощью раствора синтетических моющих средств».

Выполнил:  ученик 9Б класса

Нагорнов Илья

Руководитель:

учитель биологии и химии

Кочеткова Наталья Егоровна

2013

Оглавление:
Введение………………………………………………………………………………………  3

Цели и задачи работы………………………………………………………………………………………...  3

Изучение литературы…………………………………………………………………………………. 3-4

Влияние жёсткой воды на здоровье человека……………………………………………………  4-5

Взятие проб воды из колодцев в разных частях нашего города………………………..  5

Проведение исследования…………………………………………………………………………………5-6

Этапы работы………………………………………………………………………………………… 6-8

Выводы………………………………………………………………………………………  8-9

Список литературы……………………………………………………………………………………  10

Введение.

    Вода - важнейший минерал на Земле, который нельзя заменить никаким другим веществом. Вода – основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в процессе фотосинтеза. Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие.

   Роль воды в живых организмах очень велика. Она является универсальным растворителем, обеспечивает приток и удаление веществ в клетках, обеспечивает теплорегуляцию. Поэтому особенно актуальным в последнее время стал вопрос о качестве используемой воды.

   В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены газы и соли, находятся твердые взвешенные частички. Это природная жесткость воды. Понятие жесткости воды мы встречаем не только в спелеологии и в геологии, а, вообще, повсеместно – в химии, технике и даже в быту. И поэтому это понятие очень важно для определения качества воды.

Цель работы:

- Определить жёсткость воды в разных колодцах нашего города.

Задачи опыта:

- Изучить соответствующую литературу о жёсткости воды и её влияния на организм.

- Взять пробу воды из колодцев в разных местах города и по внешнему  виду дать небольшую характеристику.

- Проведения исследования. Этапы работы.

- Составить график результатов исследования.

-Доказать тезис: «Жёсткая вода по вкусовым параметрам значительно уступает параметрам мягкой воды».

- Сделать выводы из проделанной работы.

                                                  Изучение литературы.

      Вода - важнейший минерал на Земле, который нельзя заменить никаким другим веществом. Вода – основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в процессе фотосинтеза. Вода присутствует во всей биосфере: в водоемах, воздухе, почве. Она составляет большую часть любых организмов , как растительных , так и животных, в частности, у человека на её долю приходится 60-80% массы тела.  Потери 10-20% воды живыми организмами к их гибели. С появлением фотосинтезирующих живых организмов парниковый эффект на нашей планете стал гаситься, за счёт выделения кислорода из океана сине-зелеными водорослями и поглощения углекислого газа из атмосферы. Это послужило катастрофой к переходу восстанавливающей атмосферы в окислительную, что вызвало к жизни новые формы организмов. Вода – причина эволюции на Земле. Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие.              Роль воды в живых организмах очень велика. Она является универсальным растворителем, обеспечивает приток и удаление веществ в клетках, обеспечивает теплорегуляцию.                               В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены газы и соли, находятся твердые взвешенные частички.

    Жёсткость воды - это свойство воды (не мылиться, давать накипь в паровых котлах), связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и магния, это параметр, показывающий содержание катионов кальция, магния в воды. Накипь на стенках нагревательных котлов, батареях  и отложения солей на бытовой технике (например, в чайниках), белые хлопья в воде, пленка на чае и т.д. - все это показатели жесткой воды. Жесткость - это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла. Катионы Ca2+ и Mg2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства, т.е. жесткая вода плохо мылится.  В настоящее время известна взаимосвязь жесткости воды и образования камней в почках. Жесткость питьевой воды по действующим стандартам должна быть не выше 7 мг-экв/л, и лишь в особых случаях допускается до 10 мг-экв/л. Для производственных целей использование жесткой воды недопустимо.          

Влияние жёсткой воды на здоровье человека.

        В жесткой воде хуже развариваются продукты, в результате этого снижается усвояемость белков. Это связано с тем, что соли жесткости вступают в реакцию с животными белками. Повышенная жесткость воды негативно сказывается на здоровье человека при умывании. Соли жесткости взаимодействуют с моющими веществами и образуют нерастворимые шлаки. Эти шлаки высыхают и остаются в виде микроскопической корки на кожном и волосяном покрове человека. Разрушается естественная жировая пленка кожного и волосяного покрова человека, забиваются поры, появляется сухость, шелушение, перхоть. Признак повышенной жесткости воды – скрип чисто вымытой кожи и волос. Чувство повышенной мылкости, признак того, что защитная пленка на коже невредима, и жесткость воды небольшая.  При большой жесткости необходимо пользоваться лосьонами, увлажняющими кремами, чтобы создать искусственную защитную пленку для кожи и волос. Поэтому косметологи советуют умываться дождевой или талой водой. С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека. Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1мг-экв/л). Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах. Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.

Взятие проб воды из колодцев в разных частях нашего города.

       Мы взяли пробы воды в нашем городе. Объектами нашего внимания стали колодцы на улицах Смурова - образец № 1,  Ногина – образец № 2, Карла Маркса – образец № 3, Карла Либкнехта – образец № 4,  Победы – образец № 5. Все образцы не имеют видимых посторонних частиц. Ни один из образцов не имеет запаха. Все экземпляры воды прозрачны, без видимы примесей.

Проведение исследования.

     Для работы мне потребовались: колбы, пипетка, раствор синтетических моющих средств, пробы воды, мерный стаканчик.

     Жёсткая вода по вкусовым параметрам значительно уступает параметрам мягкой воды. Что бы в этом убедится, я предложил своему классу продегустировать образцы воды          (вода была в абсолютно одинаковых стаканах). Все участники эксперимента выбрали образец № 3 – колодец на  улице  Карла Маркса. В ходе исследования мы и выясним действительно ли образец под номером 3 – самая мягкая вода?

      Для того что бы понять, где самая мягкая вода нужно в каждую пробирку капнуть каплю раствора синтетических моющих средств. Так продолжать пока пена не заполнит всю колбу. Самая мягкая вода будет пениться от минимального количества каплей раствора. Это происходит, потому что даже чистая питьевая вода содержит много солей, в особенности солей таких металлов, как магний и кальций. Некоторые из этих солей не растворяются в воде, а остаются в ней в виде примесей. В воде, содержащей много солей – такая вода называется жёсткой – моющие средства плохо пенятся. Вместо этого они вступают в реакцию с солями и образуют осадок, который значительно снижает качество мылкости моющих средств.

Этапы работы:

1. В каждую колбу я налил равное количество образцов воды – у меня получилось 5 колб.

2. В каждую колбу я капнул с помощью пипетки по одной капле мыльного раствора, и каждый раз встряхивал её три раза.

3. Если пена появлялась, я добавлял ещё одну каплю раствора мыльных синтетических средств. Я продолжал эту операцию, пока пена не заполнила всю колбу.

4. После этого я записал число капель раствора синтетических моющих  средств, понадобившихся для заполнения всей колбы. У меня получились следующие результаты: Образец № 1 –5 капель; Образец № 2 – 5 капель; Образец № 3 – 2 капли; Образец № 4 – 3 капли; Образец № 5 – 4 капли.

      

5. Затем, я построил диаграмму с результатами моего исследования.

                                          Диаграмма используемых

График зависимости высоты пены от количества капель исследуемых источников воды

Выводы:

1. В ходе исследования были изучены литературные данные о значении воды и её влиянии на здоровье человека при различной жёсткости.

2. Проведено сравнение качества воды из разных источников раствором синтетических моющих средств. Проведена дегустация воды из разных колодцев нашего города.

3.Определена жесткость воды с помощью раствора синтетических моющих средств. При этом были выявлены следующие результаты: самая мягкая вода находится в  колбе № 3 – это проба, взятая из колодца на улице Карла Маркса. Для заполнения этой колбы понадобилось  только 2 капли раствора синтетических моющих средств, что подтверждает выдвинутый  тезис: жесткая вода значительно уступает по вкусовым параметрам мягкой воды.

Литература

1. Габуда С.П. Связанная вода. Факты и гипотезы. Новосибирск: Наука, 1982г.

2. Медовар А.М. Охрана водоёмов от химического загрязнения. М: ЦНИИСП,

1986г.

3. Очкин А.В., Фадеев Г.Н.  Химия защищает природу. М: Просвещение, 1984г.

4. Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире: М: Педагогика, 1975г.

5. Садовничая Л.П. Биофизическая химия. Киев: Высшая школа, 1986г.

6. Синюков В.В. Вода известная и неизвестная. М: Знание, 1987г.

 7.  Шпаусус З. Путешествие в мир химии. М: Просвещение, 1967г.

8. Харлампович Г.Д. и др. Многоликая химия. М: Просвещение, 1992г.

9.    Хомченко Г.П. Учебник химии. М: Новая волна, 1996г.