Исследовательская работа
«ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ»
Выполнила:
Овсянникова Екатерина,
учащаяся 12-а класса
МБВСОУ«ОСОШ №35»
г.Старый Оскол
Руководители:
Воронцова Л.Н.,
учитель химии.
Рындина Ю.Н.,
учитель физики,
Чеканцева В. А.,
учитель биологии
Старый Оскол
2014
«Вода… Ты не имеешь ни вкуса ни цвета ни запаха,
тебя невозможно описать – тобой наслаждаешься.
Ты не просто необходима
для жизни,
ты и есть сама жизнь.
Ты божество, ты совершенство,
ты самое большое
богатство на свете »
Антуан де Сент - Экзюпери
Актуальность темы. Вода - самое
важное и уникальное вещество на нашей планете. Без воды нет жизни. Вода — бесценна! По словам академика В. И.
Вернадского, «вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного
тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых
грандиозных, геологических процессов».
Вода составляет 89— 90% массы растений и 75% массы животных. В составе
человеческого тела воды 65%. Вода служит постоянным участником интенсивных
биохимических процессов, происходящих в человеческом организме. Ни один
жизненный процесс не совершается без нее. Нарушение водного баланса ведет к
серьезным сдвигам в организме человека. При потере15-20 % массы тела человек в
результате обезвоживания наступает смерть. Однако ученые отметили, что за последнее десятилетие от
загрязнения воды умерло больше людей, чем от военных конфликтов. Показатели качества - это перечень свойств воды,
численные значения которых сравнивают с нормами качества воды. Нормы качества -
это установленные значения показателей качества воды для конкретных видов
водопользования. Среди химических показателей качества воды рассматривается ее жесткость.
Чрезмерно жесткая вода опасна для здоровья людей и быта. В Старом Осколе вода жесткая,
поэтому проблема качества воды приобретает все большее значение.
Цель работы: исследовать воду, взятую из разных источников, на
предмет жесткости, выявить самые эффективные и безопасные средства борьбы с
жесткостью воды.
Задачи:
▪ изучить литературу по теме исследований;
▪ изучить физические свойства воды и основные показатели качества воды;
▪ исследовать жесткость воды, взятую из
разных источников;
▪ проанализировать результаты
и сделать выводы.
Методы
исследования:
сбор информации по теме, экспериментальный метод, анализ полученных данных.
Исследование
проводится в рамках учебных предметов:
-
«Закон
Гука» (физика,10класс)
-
«Жидкие вещества» (химия, 11класс)
-
«Клетка»(биология, 10класс)
Научная новизна работы заключается в:
- определении жесткости воды реки
Оскол;
- определении жесткости водопроводной
вода (кабинет химии);
- определении жесткости воды Святого источника с.Сорокино
Определение жесткости воды
Жёсткость воды -
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 воде.
Жесткость
- это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества
и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода образует накипь
на стенках нагревательных котлов, батареях и пр., чем существенно
ухудшает их теплотехнические характеристики.
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.
Жесткая вода опасна для здоровья. При постоянном употреблении чрезмерно жесткой воды в
кровеносных сосудах образуются наросты, а на зубах в желчном и мочевом пузыре –
камни. При воздействии на кожу жесткой воды появляется сухость после умывания и
принятия душа, появляются морщины, перхоть, возникают раздражения, фурункулы и
прочие неприятности.
Существует
два типа жесткости: временная и постоянная. Обусловлено это различие
типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и
магнию.Временная
жесткость связана с присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных,
или бикарбонатных анионов (HCO3-).Постоянная жесткость (или некарбонатная) возникает,
если в растворе присутствуют сульфатные, хлоридные, нитратные и другие анионы,
соли кальция и магния которых хорошо растворимы и так просто не удаляются.
Общая жесткость определяется как суммарное содержание всех солей кальция и
магния в растворе. В разных странах существуют свои нормы жесткости для воды. У
нас в стране вода классифицируется по жесткости таким образом:
·
Мягкая вода с жесткостью менее 3,0 мг-экв/л,
·
Средней жесткости – 3,0-7,0 мг-экв/л
·
Жесткая – более 7,0 мг-экв/мл.
Исследование
жесткости воды и способов ее устранения
(по
методике В. Ковалёва)
Определить
жесткость воды можно различными методами. Однако самым точным и надежным из них
является метод комплексометрического титрования трилоном
Б.
Оборудование и реактивы : весы, мерные стаканы,
бюретка на 25мл, мерный цилиндр, трилон Б (продается в магазинах химреактивов),
гидроксид аммония (NH4OH), хлорид аммония( NH4
CI), индикатор эриохром черный Т, дистиллированная вода.
Комплексометрическое
титрование трилоном Б
(по
методике В. Ковалёва)
Ход работы
1).Техника
безопасности при работе.
2).Приготовление
реактивов:
а) Приготовить 0.025 М
раствора трилона Б.
Взвесить на весах 9,3г трилона
Б, растворить в 0,8г дистиллированной воды, довести объем до1 литра.
б) Приготовить буферный раствор, позволяющий поддерживать рН около 10, что
необходимо для точного измерения жесткости.
Взвесить 10 г
хлорида аммония, растворить в 200 мл дистиллированной воды, добавить 50 мл 25%
раствора аммиака, довести объем до 500 мл.
в) Приготовить раствор индикатора.
Индикатор эриохром черный Т (кусочек с пол спичечной головки) растворить
в 20 мл буферного раствора
Проведение анализа
Для
проведения анализа отмерили по 50 мл воды из каждой пробы и вылили ее в колбы.
К пробе воды прилили 5 мл буферного раствора. К этой смеси подлили несколько
мл раствора индикатора, жидкость приобрела фиолетовый цвет.
Бюретку
наполнили раствором трилона Б и при непрерывном
перемешивании добавляли в анализируемую воду, проводя титрование проб
поочередно. При этом по мере добавления трилона, цвет раствора начинал
изменяться. Сначала лиловая окраска
бледнеет. С этого момента надо добавлять трилон по каплям, очень тщательно
перемешивая жидкость после каждой капли. Вскоре раствор стал синим. Титрование прекратили и замерили
израсходованный объем раствора трилона Б с точностью до 0.1 мл для каждой
пробы.
Для расчета использовали средний результат трех измерений для
каждой пробы.
Расчет общей жесткости
воды произвели по формуле:
Жесткость (мг -экв/л) = (2000×Vтрилона × Cтрилона):Vводы
|
Vтрилона –
объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование в мл; Cтрилона –
концентрация этого раствора трилона Б в М; Vводы – объем пробы
воды в мл.
Таким образом, общая жесткость в мг-экв/л равна объему раствора трилона
Б в мл, который израсходован на титрование.
Результаты
исследования показали жесткость воды в источниках:
Образец
воды
|
Источник
|
Жесткость воды
|
№1
|
Вода
реки Оскол
|
8,04 мг-экв/л
|
№2
|
Вода водопроводная (кабинет
химии)
|
6,48 мг-экв/л
|
№3
|
Дождевая
вода
|
1,01 мг-экв/л
|
№4
|
Вода
Святого источника (село Сорокино)
|
9,19 мг-экв/л
|
В результате проведенной работы были сделаны следующие выводы:
1) Вода в реке
Оскол жесткая, более 7 мг-экв/л.
2) Водопроводная
вода, которая подвергается умягчению и очистке, - средней жесткости 6,48
мг-экв/л. жесткости (согласно ГОСТу, общая жесткость питьевой воды не должна
быть более 7 мг-экв/л).
3) Самая мягкая
вода - дождевая 1,01 мг-экв/л.
4) Вода Святого источника ( село Сорокино)
самая жесткая, но она очень чистая и вкусная.
Способы
устранения жесткости воды.
1. Временная жесткость
устраняется простым кипячением. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы
вступают в реакцию с катионами и образуют с ними очень малорастворимые
карбонатные соли, которые выпадают в осадок.
Ca2 + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2↑
С ионами железа реакция
протекает сложнее из-за того, что FeCO3 неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода
конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)3, представляющий
собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее
окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.
2.С постоянной жесткостью бороться
труднее. а) Один из вариантов: вымораживание льда. Необходимо просто постепенно
замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального
количества, необходимо слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду.
Все соли, которые образую жесткость, остаются в не замершей воде. б )Еще один
способ – перегонка, то есть, испарение воды с последующие ее конденсацией. Так
как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется. в)
В промышленности используют другие методы. Широко используется катионообменный
способ, основанный на применении специальных реагентов – катионитов, которые
загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы
кальция и магния на катион натрия.
С последствием жесткости воды
- накипью, с точки зрения химии можно бороться очень просто. Нужно на соль
слабой кислоты воздействовать кислотой более сильной. Последняя и занимает
место угольной, которая, будучи неустойчивой, разлагается на воду и углекислый
газ. В состав накипи могут входить и силикаты, и сульфаты, и фосфаты. Но если
разрушить карбонатный “скелет”, то и эти соединения не удержатся на
поверхности.
Выводы:
n Жёсткая
вода увеличивает расход электроэнергии на её нагревание
n Бытовая
техника служит на четверть меньше срока
n Жёсткая
вода приводит к значительному перерасходу моющих средств
n Жёсткость
несёт отрицательный эффект на работу органов пищеварения, а также на кожу.
Список используемой
литературы
1.
Бердоносов
С.С. Химия. Новейший справочник/ С.С. Бердоносов, Е.А. Менделеева. – М.:
Махаон, 2006.
2.
Кочергин
Б.Н. Химический словарь школьника/ Б.Н. Кочергин. – Минск: 2001.
3.
Ходаков
Ю.В., Эпинтейн Д.А. Неорганическая химия/ Ю.В. Ходаков, Д.А. Эпинтейн. - М.:
Просвещение, 2002.
4.
http://www.festival.1september.ru
5.
http://www.docs.mytimes.ru
6.
http://www.water.ru
7.
http://www.bestwater.ru
8.
vitawater.ru/aqua/hydro/electro.sht...
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.