Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Викуловская средняя общеобразовательная школа № 2»
Исследовательская работа
«Изучение физико-химических свойств воды искусственной экосистемы на примере домашнего и школьного аквариумов»
Автор:
Кузнецов Егор,
МАОУ «Викуловская средняя общеобразовательная школа № 2»
Научный руководитель:
,
учитель биологии
МАОУ «Викуловская средняя общеобразовательная школа № 2»
Тюменская область, с. Викулово
2017 г.
Исследовательская работа
«Изучение физико-химических свойств воды искусственной экосистемы на примере домашнего и школьного аквариумов»
Кузнецов Егор
Российская Федерация
Тюменская область
село Викулово
МАОУ «Викуловская средняя общеобразовательная школа № 2»
9 класс
Аннотация
Вода является важным компонентом в аквариумистике, сожалению, многие начинающие аквариумисты не учитывают этого для жизнедеятельности рыб.
Объектом наших исследований являются основные параметры воды в аквариумах и способы их контроля, предметом – оценка качества аквариумной воды и ее пригодность для жизнедеятельности рыб.
Мы выдвинули следующую гипотезу: предполагаем, что одной из причин плохой приживаемости рыб в аквариуме, является несоответствие параметров аквариумной воды естественным условиям обитания рыб.
Цель нашей работы: выявить соответствие параметров воды в аквариумах условиям содержания рыб.
Данная цель предполагает решение следующих задач:
1. изучение литературных источников по данной теме;
2. подборка доступных методов для исследования аквариумной воды;
3. анализ и оценка полученных данных.
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Викуловская средняя общеобразовательная школа № 2»
Исследовательская работа
«Изучение физико-химических свойств воды искусственной экосистемы на примере домашнего и школьного аквариумов»
Автор:
Кузнецов Егор,
МАОУ «Викуловская средняя общеобразовательная школа № 2»
9 класс
Научный руководитель:
,
учитель биологии
МАОУ «Викуловская средняя общеобразовательная школа № 2»
Тюменская область, с. Викулово
2017 г.
Исследовательская работа
«Изучение физико-химических свойств воды искусственной экосистемы на примере домашнего и школьного аквариумов»
Содержание:
Введение...................................................................................................................5
Глава I. Теоретическая часть...................................................................................5
Часть 1.1. Рыбы нашего аквариума........................................................................5
Часть 1.2 Основные параметры воды....................................................................7
1.2.1. Кислотность (pH)........................................................................................7
1.2.2. Жесткость воды..........................................................................................7
1.2.3. Тяжелые металлы в воде.............................................................................7
1.2.4. Концентрация хлорид-ионов......................................................................8
Глава II. Практическая часть……………………………………………………....9
Часть 2.1. Общая характеристика школьного и домашнего аквариумов.............9
2.1.1. Характеристика школьного аквариума......................................................9
2.1.2. Характеристика домашнего аквариума.....................................................9
Часть 2.2. Исследование физических и химических параметров воды..............10
2.2.1. Прозрачность.................................................................................................10
2.2.2. Цвет (окраска)................................................................................................10
2.2.3. Запах...............................................................................................................11
2.2.4. Кислотность воды.........................................................................................13
2.2.5. Обнаружение катионов свинца...................................................................14
2.2.6. Обнаружение хлорид – ионов.....................................................................14
2.2.7. Определение содержания общего железа..................................................14
Выводы……………………………………………………………………………..15
Заключение................................................................................................................15
Список литературы...................................................................................................16
Введение
Актуальность
Вода является важным компонентом в аквариумистике, сожалению, многие начинающие аквариумисты не учитывают этого для жизнедеятельности рыб.
Объект исследования - основные параметры воды в аквариумах и способы их контроля.
Предмет исследования – оценка качества аквариумной воды и ее пригодность для жизнедеятельности рыб.
Гипотеза: мы предполагаем, что одной из причин плохой приживаемости рыб в аквариуме, является несоответствие параметров аквариумной воды естественным условиям обитания рыб.
Цель: выявить соответствие параметров воды в аквариумах условиям содержания рыб.
Данная цель предполагает решение следующих задач:
1. изучение литературных источников по данной теме;
2. подборка доступных методов для исследования аквариумной воды;
3. анализ и оценка полученных данных.
Методы:
1. знакомство с литературными источниками;
2. наблюдение;
3. фотосъемка;
4. химический анализ.
Глава I. Теоретическая часть
Часть 1.1. Рыбы наших аквариумов
В наших аквариумах обитает следующих вид рыб: Золота́я ры́бка (лат. Carassius auratus).
Золота́я ры́бка (лат. Carassius auratus) — вид пресноводных лучепёрых рыб рода карасей. Её предок был одомашнен человеком ещё в VII веке нашей эры,. Является одной из самых популярных аквариумных рыб и представлена целой группой пород домашних аквариумных животных, полученной в результате многовековой направленной гибридизации и селекции особей с определёнными случайными признаками, возникшими в результате мутаций. Одним из устаревших именований всех домашних и прудовых «золотых рыбок» было - «золотые карпы», происходящее от общего научного систематического названия - семейства карповых.
Лучшим вариантом содержания будет видовой аквариум, где живут только золотые рыбки. Причём даже короткотелых и длиннотелых золотых селить вместе зачастую не рекомендуется, а о представителях других видов рыб и речи не идёт. Либо соседи будут беспокоить золотых рыбок, повреждая им глаза и плавники, либо самим соседям будет некомфортно, так как аквариум с золотыми рыбками — весьма своеобразная среда обитания. Кроме того, мелких рыбок золотые могут просто проглотить.
Золотым рыбкам комфортно при следующих показателях воды:
1. температура 20-23°, для короткотелых форм немного выше, 24-25°;
2. pH около 7;
3. жёсткость не ниже 8°.
Грунт в аквариуме должен быть подобран с таким расчётом, чтобы рыбки, копаясь в нём, не подавились — его частицы должны быть без острых, выступающих краев и по размеру либо больше, либо намного меньше рыбьего рта. В аквариуме с золотыми рыбками непременно должны быть живые растения. Потребляя азот, они положительно влияют на экологическое равновесие, являются дополнительным субстратом для бактерий, осуществляющих биофильтрацию, а также служат рыбам витаминной подкормкой. С золотыми неплохо уживаются лимонник, анубиас, криптокорина, альтернера, бакопа, сагиттария, яванский мох. Рекомендуется сажать растения в горшках, чтобы подкопы не повредили их корни. А в качестве подкормки специально давать рыбам ряску, риччию, вольфию, роголистник.
Обязательна хорошая круглосуточная аэрация. Как минимум должен быть включен аэратор на фильтре, лучше дополнительно иметь компрессор. Если в аквариуме большая плотность живых растений, мощный свет и организована подача углекислого газа (в таких условиях листья растений должны быть покрыты пузырьками выделяемого ими кислорода), то аэратор включается только на ночь.
В оформлении аквариума не стоит использовать крупные предметы декора — коряги, гроты и т. д. Укрытия золотым рыбкам не нужны, а вот плавники и глаза о них легко поранить, к тому же укрытия занимают пространство для плавания.
Фото 1. Золота́я ры́бка (лат. Carassius auratus)
Часть 1.2 Основные параметры воды
1.2.1. Кислотность (pH)
Это наиболее важный химический параметр воды. Вода состоит из двух элементов - водорода и кислорода. Молекула воды обычно распадается на два иона - положительно заряженный ион водорода H+ и отрицательной заряженный ион OH-. Значение рН характеризует концентрацию ионов H+. В нейтральной воде концентрации обоих ионов равны и значение рН равно 7, в кислой воде значение рН <7, в щелочной > 7. Для большинства рыб значение рН должно быть в пределах 6-7.5. Со временем, из-за накопления органики в воде, значение рН уменьшается, поэтому за ним надо регулярно следить. Рыбы способны адаптироваться к другим значениям рН (в разумных пределах), если только рН изменяется плавно.[5] [21]
1.2.2. Жесткость воды
Жесткость является вторым, наиболее важным, параметров для аквариума, наряду с кислотностью. Жесткость воды определяется наличием растворенных в ней минералов и во многом определяет остальные свойства воды. Постоянная жесткость (GH) определяется концентрацией ионов Ca2+ и Mg2+ в воде. Измеряется постоянная жесткость в градусах жесткости (dGH) или в mg/l CaCO3:
1 градус жесткости равен 17.8 mg/l CaCO3
Эта жесткость, наиболее важна, поскольку она определяет - насколько мягкая или жесткая та или иная вода: Она определяет степень пригодности воды для рыб, растений, развития икры и т. д.
Карбонатная (временная, dKH) жесткость определяется концентрацией карбонатов CO3-2и бикарбонатов HCO3- в воде. Она характеризует буферную способность воды противостоять изменению рН - со временем значение рН из-за наличия органики в воде падает. [6] [20]
таблица № 1. Жесткость воды
0-4 dGH | очень мягкая вода |
4-8 dGH | мягкая вода |
8-12 dGH | средняя жесткость |
12-18 dGH | умеренная жесткость |
18-30 dGH | жесткая вода |
1.2.3. Тяжелые металлы в воде
Содержащиеся в воде тяжелые металлы токсичны для всех организмов, даже те, которые в малых дозах необходимы для успешного роста растений (цинк: медь, никель и т. д.). Даже если содержание металлов в воде соответствует предельно допустимые нормы, установленные для людей, такая вода может быть опасна для рыб. Особенно это относится к меди и цинку, которые не являются токсичными для человеческого организма в разумных концентрациях.[20] [21]
таблица № 2. Сравнительные пдк
(предельно допустимые концентрации) для людей и рыб
Металл | пдк для людей (мг/л) | пдк для рыб (мг/л) |
Cd (кадмий) | 0.005 | 0.01 |
Cr (хром) | 0.1 | 0.05 |
Cu (медь) | 1.5 | 0.02 |
Hg (ртуть) | 0.002 | 0.01 |
Pb (свинец) | 0.015 | 0.1 |
Zn (цинк) | 5.0 | 0.1 |
Fe (железо) | 0,3 | 0,3 |
Источниками металлов в воде, помимо загрязненной реки, откуда вода поступает в водопровод (в любом случае жить ниже по течению от большого химического комбината не рекомендуется никому, как и содержать рыб), являются, например, медные трубы.
Металлы токсичны, поскольку они способны "присоединятся" к органическим молекулам, нарушая выполняемые ими функции. Например, ртуть соединяется с группой - SH, которая входит в состав большинства белков. [7]
1.2.4. Концентрация хлорид-ионов
Концентрация хлоридов в водоемах – источниках водоснабжения допускается до 350 мг/л. В поверхностных водах количество хлоридов зависит от характера пород, слагающих бассейны и, варьирует в значительных пределах – от десяти долей до тысяч миллиграммов в 1 литре. В реках северной части России хлоридов обычно немного, не более 10 мг/л, в южных районах эта величина повышается до десятков и сотен миллиграммов в 1 литре. Много хлоридов попадает в водоемы со сбросами хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Этот показатель весьма важен при оценке санитарного состояния водоема. [8]
Глава II. Практическая часть
Часть 2.1. Общая характеристика школьного и домашнего аквариумов
2.1.1. Характеристика школьного аквариума
Фото 2. Школьный аквариум
1.Водоизмещение 400 литров (вода водопроводная).
2.Растительность: не обнаружена.
3.Животный мир: катушки, золотые рыбки.
2.1.2. Характеристика домашнего аквариума
Фото 2. Домашний аквариум
1.Водоизмещение 60 литров (вода из р. Ишим).
2.Растительность: ричия, одноклеточные водоросли.
3.Животный мир: катушки, инфузории, золотые рыбки.
Часть 2.2. Исследование физических и химических параметров аквариумной воды
2.2.1. Прозрачность
Прозрачность, или светопропускание воды, обусловлена ее цветом и мутностью, т. е. содержанием в ней различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Мерой прозрачности служит высота водяного столба, сквозь который можно различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа. Метод дает лишь ориентировочные результаты.
Оборудование: стеклянный цилиндр, градуированный по высоте в сантиметрах, высотой 30-50 см и с внутренним диаметром 2,5 см. Стандартный шрифт с высотой букв 3,5 мм.
Ход определения:
Определение проводят в хорошо освещенном помещении, но не на прямом свету, на расстоянии 1 м от окна. Цилиндр наливают неподвижно над стандартным шрифтом. Цилиндр наполняют хорошо перемешанной пробой исследуемой воды до такой высоты, чтобы буквы, рассматриваемые сверху, стали плохо различимы.
Прозрачность по шрифту выражают в сантиметрах высоты водяного столба и определяют с точностью до 0,5 см. Измерение повторяют 3 раза и за окончательный результат принимают среднее значение. [1]
Полученные результаты отражены в таблице № 3
таблица № 3. Прозрачность
№ пробы | прозрачность | ПДК | Вывод |
1.Домашний аквариум | 20 | до 20 | норма |
2.Школьный аквариум | 20 | до 20 | норма |
2.2. Цвет (окраска)
Чистые природные воды почти бесцветны, наличие окраски поверхностных вод обычно связано с присутствием гуминовых веществ и соединений железа. При загрязнении сточными водами можно наблюдать окраску, не свойственную природным водам. Цвет вод, содержащих большое количество взвешенных веществ, определяют после отстаивания или фильтрования. Определение проводят через 2 часа после отбора пробы.
Оборудование: цилиндр из бесцветного стекла, градуированный в сантиметрах, с плоским дном.
Ход определения
А. Пробу воды наливают в цилиндр до отметки 10 см. Рассматривают пробу в цилиндре сверху на белом фоне при рассеянном дневном освещении. Результат определения описывают словесно с указанием оттенка и интенсивности окрашивания (слабое или сильное).
Б. Пробу воды наливают в цилиндр до отметки 10 или 20 см. В качестве контроля используют цилиндр, заполненный на ту же высоту дистиллированной водой. Затем оба цилиндра рассматривают сверху на белом фоне при рассеянном дневном освещении. При повышенной окраске проводят разбавление пробы воды дистиллированной водой и затем снова сравнивают с контролем. Отмечают то разбавление, при котором цвет разбавленной пробы и дистиллированной воды станет одинаковым. Данное разбавление будет являться показателем того, во сколько раз исследуемая вода по цвету (окраске) превышает норму.
Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике воды высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового назначения - 10 см. [2]
2.3. Запах
Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем или со сточными водами. На запах подземных и поверхностных вод влияет присутствие в них органических веществ. Запах питьевой воды обусловлен свойствами используемой поверхностной воды, технологическим процессом и способом ее обработки. Например, вода, содержащая фенолы, после хлорирования приобретает неприятный запах хлорфенолов, обнаруживающихся органолептически при содержании 2,4-дихлорфенолов 0,002 мг/л.
Определение основано на органолептическом исследовании характера и интенсивности запаха воды при 20 и 60°С.
Оборудование: Конические колбы с широким горлом на 500 мл, цилиндр мерный на 250 мл, баня водяная, термометр лабораторный (от 0 до 600).
Ход определения:
В коническую колбу наливают 250 мл исследуемой воды при 20°С, накрывают колбу часовым стеклом (или закрывают притертой пробкой), встряхивают вращательным движением, сдвигают в сторону часовое стекло (открывают пробку) и быстро определяют характер и интенсивность запаха. Затем колбу с пробой накрывают часовым стеклом, нагревают на водяной бане до 60°С, перемешивают содержимое встряхиванием, открывают колбу и тотчас органолептически устанавливают характер и интенсивность запаха.
Характер запаха описывают словесно. По характеру запахи делятся на две группы:
Запахи естественного происхождения (от живущих и отмерших в воде организмов, от влияния почв и т. п.). Различают землистый, гнилостный, тухлый, травянистый, плесневой, торфяной и т. п. запахи.
Запахи искусственного происхождения (от промышленных стоков, от обработки воды химическими реагентами и т. п.). Различают хлорфенольный, ацетоновый, спиртовой, уксусный, бензиновый, хлорный и т. п. запахи.
Интенсивность запаха оценивается при 20 и 60°С по 5-балльной системе согласно таблице. [9]
таблица № 4. Характеристика запаха воды
Балл | Характеристика интенсивности | Качественная характеристика Появление запаха |
0 | Никакой | Отсутствие ощутимого запаха |
1 | Очень слабая | Запах, неподдающийся обнаружению потребителем, но обнаруживающийся в лаборатории опытным исследователем |
2 | Слабая | Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание |
3 | Заметная | Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением |
4 | Отчетливая | Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья |
5 | Очень сильная | Запах настолько сильный, что вода становится непригодной для питья |
Полученные результаты отражены в таблице №5
таблица № 5. Окраска и запах воды
№ пробы | окраска | запах | баллы | |
1. Домашний аквариум | Оттенка нет | Слабый запах водорослей | 4 (выше нормы) | |
2. Школьный аквариум | Оттенок желто-зеленый | Слабый запах водорослей | 3 (выше нормы) |
2.4 Кислотность воды
Кислотность воды определяется концентрацией ионов водорода.
В условиях школьной лаборатории рН проще определить с помощью универсальной индикаторной бумаги.
Оборудование: индикаторная бумага, пинцет.
Ход определения: Полоску индикаторной бумажки пинцетом на короткое время погружают в пробу воды и тут же сравнивают полученную окраску со шкалой, прилагаемой к набору. Данный способ позволяет определить рН с точностью до единицы. Природные воды с рН от 3,4 до 6,95 относят к кислым, с рН 6,95 – 7,3 –к нейтральным и с рН 7,3 – 10,0 – щелочным.
Для уточнения результатов мы использовали цифровую лабораторию «Архимед». [10]
Полученные результаты отражены в таблице № 7
таблица № 6. Кислотность воды
№ пробы | рН | ПДК | Вывод |
1. Домашний аквариум | 7.3 | 6-7.5 | норма |
2. Школьный аквариум | 6.9 | 6-7.5 | норма |
2.5. Обнаружение катионов свинца
Реагент: хромат калия (10г К2CrO4 растворить в 90 мл Н2О).
Условия проведения реакции: рН=7,0; температура комнатная; осадок нерастворим в воде, уксусной кислоте и аммиаке.
Выполнение анализа: В пробирку помещают 10 мл пробы воды, прибавляют 1 мл раствора реагента. Если выпадает желтый осадок, то содержание катионов свинца более 100 мг\л:
Pb2++CrO2-4=PbCrO4
Если наблюдают помутнение раствора, то концентрация катионов свинца более 20 мл\л.
Полученные результаты отражены в таблице № 8
таблица № 7. Концентрация катионы свинца
Номер пробы | Результаты |
1. Домашний аквариум | Катионов свинца не обнаружено |
2. Школьный аквариум | Катионов свинца не обнаружено |
2.6. Обнаружение хлорид – ионов
Реагенты: нитрат серебра (5г AgNO3 растворить в 95 мл воды); азотная кислота(1:4).
Условия проведения реакции: рН< 7,0; температура комнатная;
Выполнение анализа: К 10 мл пробы воды прибавляют 3-4 капли азотной кислоты и приливают 0,5 мл раствора нитрата серебра.
Белый осадок выпадает при концентрации хлорид-ионов более 100 мг\л:
Cl-+Ag+=AgCl.
Помутнение раствора наблюдается, если концентрация хлорид-ионов более 10 мг\л, опалесценция-более 1 мг\л. При добавлении избытка аммиака раствор становится прозрачным.
Полученные результаты отражены в таблице № 9
таблица № 8. Содержание хлорид-ионов
Номер пробы | Результаты |
1. Домашний аквариум | Помутнение раствора (концентрация хлорид-ионов более 10 мг\л) |
2. Школьный аквариум | Помутнение раствора (концентрация хлорид-ионов более 10 мг\л) |
2.7. Определение содержания железа
Реагенты: азотная кислота НNO3 конц, 20% раствор роданида калия KSCN.
Выполнение анализа: В пробирку наливают 10 мл исследуемой воды, добавляют 3 капли концентрированной НNO3 и 1 мл 20%-ного раствора роданида калия. Содержимое пробирки перемешивают и визуально определяют приблизительную концентрацию железа в соответствии с таблицей. [4]
Таблица № 9. Визуальное определение приблизительной
концентрации железа в исследуемом растворе
Окрашивание при рассмотрении сбоку | Окрашивание при рассмотрении сверху вниз | Содержание, мг/л |
|
Окрашивания нет | Окрашивания нет | Менее 0,05 | |
Едва заметное желтовато-розовое | Очень слабое желтовато-розовое | 0,1 |
|
Очень слабое желтовато-розовое | Слабое желтовато-розовое | 0,25 |
|
Слабое желтовато-розовое | Светлое желтовато-розовое | 0,5 |
|
Светло-желтовато-розовое | Желтовато-розовое | 1,0 |
|
Сильное желтовато-розовое | Желтовато-красное | 2,0 |
|
Светло-желтовато-красное | Ярко-красное | Более 2,0 |
|
Полученные результаты отражены в таблице № 11.
таблица № 10. Концентрация ионов железа
Номер пробы | Результаты |
1. Домашний аквариум | Едва заметное желтовато-розовое окрашивание (концентрация железа менее 0.1 мг/л) |
2. Школьный аквариум | Едва заметное желтовато-розовое окрашивание (концентрация железа менее 0.1 мг/л) |
Выводы
1. Были изучены литературные источники по данной теме;
2. Осуществлена подборка доступных методов для исследования аквариумной воды;
3. Был проведен анализ и оценка полученных данных.
Заключение
Таким образом, было проведено исследование физико-химических свойств воды
искусственной экосистемы на примере домашнего и школьного аквариумов и установлено следующее:
1. Химические параметры воды в школьном и домашнем аквариумах находятся в пределах допустимых норм.
2. Физические параметры школьного и домашнего аквариумов различаются незначительно, следовательно использование только воды из природного источника или из водопроводной сети непринципиально.
Список литературы
1. Химия в школе № 8 // 2007.
2. , Исследование воды и водоемов в условиях школы - М.: Чистые пруды, №20, 2008.
3. ГОСТ 4151-72. Вода питьевая. Метод определения общей жесткости.
4. , , Новиков исследования качества воды водоемов - М.: Медицина, 1990.
5. , Химия в школе № 2 // Педагогика, 1991.
6. , Юрков . Пособие для учащихся старших классов, 1962
7. Еженедельное приложение к газете «Первое сентября», март № 12, 2000.
8. Химия в школе № 4 // Школа-Пресс, 1996.
9. Вода питьевая. Методы анализа - Издательство стандартов, 1984.
10. Цифровая лаборатория Архимед. Методические материалы - М., Институт новых технологий, 2007
11. Третьяков гуппи. // Наука и жизнь, 2001, №9.
12. 12.омашний аквариум.- М.: Вече, Славянский дом книги, 2002.
13. Энциклопедия аквариумиста./ рыбы.
14. http://www. vitawater. ru/aqua/papers/zootorg/5paramet. shtml
15. ru. wikipedia. org
16. brothers-smaller. ru
17. aquariumguide. ru
18. fanfishka. ru
