Муниципальный общеобразовательный лицей №23
Экспериментальная работа
Исполнители: 9 класс,
9 класс
Руководитель:
Мытищи 2008
Оглавление:
1. Введение……………………………………………………3
2. Обзор литературы…………………………………...……4
3. Экспериментальная часть……………………………….7
4. Выводы…………………………………………………….13
5. Список литературы………………………………………14
2
Введение:
Вода. Одно из самых распространенных веществ в природе. Гидросфера занимает 71% поверхности Земли. Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории планеты. Без воды невозможно существование живых организмов. Около 65% человеческого тела составляет вода. Она – обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленных, так и сельско - хозяйственных. Вода особо необходима в производстве продуктов питания, в медицине, в химическом анализе. А какую красоту она нам подарила! Водопады, гейзеры, океаны, моря, реки - за это все мы должны благодарить воду. От воды зависит климат нашей планеты. Дождь, снег, град – все это вода. С древних времен она привлекает внимание людей. До конца XVIII в. Воду считали самостоятельным элементом, и только А. Лавуазье в 1783 г, осуществив синтез воды из кислорода и водорода, показал, что она – сложное вещество.
Но почему вода из разных источников имеет разный вкус, в ней по-разному пенится мыло и на стенках чайников оседает разная по цвету накипь?
Об этом вы узнаете из нашей работы.
3
Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.
Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль). Ввиду широкой распространенности магния и кальция в природе, их соли всегда содержатся в природной воде, придавая ей особые свойства.
Вода, в которой растворены соли кальция и магния, обладает особым свойством - жесткостью.
Жесткая вода образует плотные слои накипи на внутренних стенках паровых котлов и кипятильников, в ней плохо развариваются пищевые продукты, при стирке белья в жесткой воде расходуется больше мыла.
Общая жесткость воды определяется содержанием в ней ионов Са²+ и Мg²+, по содержанию в воде гидрокарбонат - ионов судят о временной жесткости (карбонатной), некарбонатная жесткость обуславливается присутствием в воде хлоридов, сульфатов, а также других солей Са²+ и Мg²+. В сумме карбонатная и некарбонатная жесткость воды дает жесткость общую. По содержанию в воде ионов кальция и магния воды делятся на следующие группы:
Таблица №1. Типы вод в зависимости от содержания ионов Са²+ и Мg²+.
(«Основы химического анализа» ).
Содержание Са²+ и Mg²+ (мг/экв/л) | Качество воды |
0-1.5 | Очень мягкая |
1.5-3 | Мягкая |
3-4.5 | Средне жесткая |
4.5-6.5 | Довольно жесткая |
6.5-11 | Жесткая |
4
Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са²+ или 12,16 мг/л Мg²+ . Карбонатная жесткость, обусловленная присутствием ионов НСО3ˉ в воде, может быть устранено кипячением – и тогда в воде происходят следующие процессы:
Са(НСО3)2→СаCO3↓+ CO2↑+H20
Mg(HCO3)2→MgCO3↓+ CO2↑+H2O
Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CO2↑
Постоянная жесткость воды не устраняется кипячением или добавлением соды и извести и вызывается наличием сульфатов кальция и магния в основном. Присутствие в воде значительного количества солей Са и Мg делает воду непригодной для многих технических целей. Так при продолжительном питании паровых котлов жесткой водой их стенки постепенно покрываются плотной коркой накипи; такая накипь уже при толщине слоя в 1 мм сильно понижает передачу теплоты стенками котла и следовательно ведет к увеличению расхода топлива. Кроме того она может служить причиной образования вздутий и трещин как в кипятильных трубах, так и на стенках самого катка. Жесткую воду нельзя использовать при крашении тканей.
Но при этом важно помнить о великом значении кальции и магния для растений и животных. Недостаток этих элементов в рационе задерживает рост, угнетает развитие корневой системы растений, листья покрываются коричневыми пятнами, а иногда отмирают. У животных недостаток кальция вызывает рахит, ослабление сердечной деятельности.
Кровь, обедненная кальцием, плохо сворачивается на воздухе. Поэтому соли кальция применяют в ветеринарии: хлорид и карбонат кальция дают животным при рахите, инфекционных заболеваниях; известковой водой лечат кожные заболевания; фосфаты кальция и магния вводят в рацион молодняка.
5
Влияние жесткости воды на здоровье человека.
Широкая доступность фильтров для улучшения свойств воды приводит к изменению баланса поступления в организм ионов Са²+ и Мg²+ . Агрессивная телевизионная реклама призывает утолять жажду минеральной водой и заботиться о стиральных машинах с помощью «Калгона». Как может отразиться на здоровье человека изменение количества поступающих с пищей ионов Са²+ и Мg²+ ?
Здоровье населения находится в прямой зависимости от состава природных вод в источниках, из которых осуществляется регулярное водоснабжение данной территории. Природные воды должны содержать достаточное количество микроэлементов, участвующих в обменных процессах человека. Так недостаток Са ²+ и Мg²+ влечет за собой увеличение числа смертельных исходов при кардиоваскулярных заболеваниях, увеличение тяжести рахита, остемаляцию, нарушение функционального состояния сердечной мышцы и процессов свертывания крови, а недостаток Мg²+ внезапную сметь младенцев, увеличение тяжести течения и числа неблагоприятных исходов КВЗ, нейромускулярные и психиатрические симптомы, тахикардию и фибрилляцию сердечной мышцы, гипомагнезимию. Но в то же время, избыток Са²+ ведет к мочекаменной болезни, нарушению состояния водно-солевого обмена, раннему обызвествлению костей у детей, замедлению роста скелета, а избыток Мg²+ к возможности развития синдромов дыхательных параличей и сердечной блокады, желудочно-кишечного тракта. Повышенная жесткость воды негативно сказывается на здоровье человека при умывании. Соли жесткости взаимодействуют с моющими веществами и образуют нерастворимые шлаки, разрушающие естественную жировую пленку кожного и волосяного покрова человека, забивающие поры. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.
Однако не доказано, что и мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.
ЦЕЛЬЮ НАШЕЙ РАБОТЫ явилось сравнение жесткости вод из различных источников, изучение действия бытовых фильтров на содержание Са²+ и Мg²+ и ознакомление с действием смягчителей воды, входящих в состав стиральных порошков.
6
Экспериментальная часть
При изучении содержания ионов Са²+ и Мg²+ в воде мы использовали классическую методику-титрование трилоном Б по хромогену черному ( «руководство по химическому анализу почв»)
I.Определение жесткости воды из различных источников.
Чтобы сравнить жесткость вод, мы собрали образцы водопроводной воды из трех городов России. Естественно, что содержание ионов Са²+ и Мg²+ в водопроводной воде отражает их содержание в природных водах. После анализа мы получили следующие данные.
Таблица №2. определьние жесткости вод из различных источников (мг-экв/л).
№ |
Образец | б Общая жесткость |
Вывод |
1 | Дистиллированная вода(контроль) |
0,7 |
Очень мягкая |
2 |
Мытищи |
5,2 |
Средне жесткая |
3 3 |
Ростов-на-Дону |
6,2 |
Довольно жесткая |
4 4 |
Кольский п-ов |
3,75 |
Очень мягкая |
Полученные данные мы сравним с литературными данными ( Л). Как видно, полученные данные в целом соответствует данным автора.
7
Жесткость воды некоторых рек СССР
( «Общая химия», Ленинград, 1985г.)
Река
| Жесткость воды мг/экв/л
| ||
Общая
| Карбонатная
| Некарбонатная
| |
Волга | 5,9 | 3,5 | 2,4 |
Днепр | 3,7 | 3,2 | 0,5 |
Дон | 5,6 | 4,3 | 1,3 |
Енисей | 1,3 | 1,2 | 0,1 |
Москва | 4,2 | 4,1 | 0,1 |
Нева | 0,5 | 0,5 | 0 |
Анализируя предоставленную таблицу можно сделать вывод, что воды различных источников отличаются по содержанию ионов Са²+ и Мg²+ .
Содержание растворимых примесей в воде колеблется, в зависимости от времени года, количества атмосферных осадков, состояния грунтовых вод, попадания в водоемы сточных и бытовых отходов.
При движении вдоль меридиана с севера на юг происходит увеличение общей жесткости воды. Так, в районе Кольского п-ова общая жесткость воды составляет 0,7 мг/экв/л., а в Ростове-на-Дону - 4.9 мг/экв/л.
№№№ № | Образец | Широта | Долгота | Общая жесткость |
1 | Мытищи | 57 | 38 | 5.2 |
2 | Кольский п-ов | 68 | 38 | 3.75 |
3 | Ростов | 48 | 40 | 6.2 |
Географические координаты мест отбора проб, и изменение жесткости воды
8
II. Влияние смягчителей воды и стиральных порошков различных марок на изменение жесткости воды и ее кислотность.
Защиту нагревательным элементам стиральных машин может обеспечить любое вещество, связывающее ионы Са²+ и Мg²+ в растворимых комплексах.
Телевизионная реклама настоятельно советует использовать препарат «Калгон», который, согласно заверением производителей, защищает наши стирательные машины от накипи.
В последнее время, кроме «Калгона» появилось множество подобных ему препаратов.
Так стоит ли, покупая стиральный порошок, приобретать еще и смягчитель воды к нему? Для этого мы определили жесткость воды с добавкой – «Калгон» и с 4 различными видами стиральных порошков без добавления «Калгона». Дл сравнения мы добавили в одни из образцов воды просто соду – ведь раньше наши бабушки именно с ее помощью умягчали воду. Результаты опыта предоставлены в таблице.
9
Таблица №3. Изменение жесткости воды под действием стиральных порошков и смягчителей воды (мг/экв/л).
№ | Образец | Общая жесткость воды (мг/экв/л) |
1 | Исходный образец Н2О | 3,9 |
2 | +0.5 г | 0 |
3 | +0.5 г « Пемалокс» | 3,9 |
4 | +0.5 г | 0,9 |
5 | +0.5 г « Ваниш» | 1,1 |
6 | +0.5 г « Персил» | 0 |
7 | +0.5 г сода | 1 |
Как видно из полученных данных «Калгон» действительно снижает жесткость воды практически до нуля но при этом следует отметить, что сода тоже неплохо справилась с уменьшением жесткости.
Стиральные порошки типа «Ваниш» и «Красная цена» и «Персил» тоже неплохо умягчали воду. Никакого влияния на содержание кальция и магния не оказал только «Пемалокс».
III. Влияние бытовых фильтров на содержание ионов Са²+ и Мg²+ в водопроводной воде.
В связи с ухудшением состояния водопроводных сетей городов экологи начали активно пропагандировать применение любых очистителей воды. Обычно в быту используют фильтры типа «Аквафор». Изменяется ли количество кальция и магния при пропускании водопроводной воды через фильтр?
Мы проанализировали пропущенную воду.
10
№ | Образец | Общая жесткость воды (мг/экв/л) |
1 | «Анна» | 1.9 |
2 | «Аквафор» | 1.9 |
3 | Исходный образец Н2О | 3.9 |
Таблица №4. Изменение жесткости воды под действием фильтров(мг/экв/л).
Как видно из таблицы, фильтры снижают уровень жесткости воды почти в 2 раза; следовательно, при постоянном употреблении такой воды поступление кальция и магния в организм снизится.
11
IV. Влияние температуры на содержание ионов Са²+ и Мg²+в водопроводной воде.
Каждый человек в ежедневно кипятит воду. Нас заинтересовало, как изменяется жесткость воды под влиянием температуры. Мы проанализировали воду, прогретую, до 30ºС, 50ºС, 70ºС и до 100ºС.
Результаты опыта представлены в таблице.
Таблица №5. Влияние температуры на жесткость воды.
№ | Образец | Общая жесткость воды (мг/экв/л) |
1 | 30ºС | 3 |
2 | 50ºС | 2.67 |
3 | 70ºС | 1.1 |
4 | 100ºС | 0 |
5 | Образец Н2О | 3.9 |
12
Выводы
В ходе нашей работы мы выяснили, что воды из различных источников значительно различаются по содержанию солей кальция и магния, так жесткость на юге (Ростов-на-Дону) почти в 2 раза выше, чем на севере (Кольский п-ов). В современных стиральных порошках содержатся компоненты (полифосфаты), снижающие жесткость воды. Бытовые фильтры достаточно хорошо умягчают воду, снижая содержание кальция и магния почти в 2 раза, но постоянное применение бытовых фильтров может нарушить обмен кальция магния в организме человека. Температура влияет на жесткость воды. Чем выше температура, тем меньше жесткость.13
Список литературы
1. «Химия в школе» №3/1997
2. «Руководство по химическому анализу почв», , МГУ
3. «Основы химического анализа», , «Просвещение», 1997
4. «Аналитическая химия сточных вод», , Химия, 1984
5. «Химический кружок», , «Просвещение»,1964
6. «Химия», Энциклопедия для детей, «Аванта+», 2000
7. «Экология», Энциклопедия для детей, «Аванта+», 2001
14
