Научно-исследовательская работа по химии: «Жестокость воды: ее уровень в разных районах г.Иваново»

                                                        Муниципальное Бюджетное

                                              Общеобразовательное Учреждение

                                                              «Гимназия №36».

                    Научно-исследовательская работа по химии:

      «Жестокость воды: ее уровень в разных районах г.Иваново»

                                                                                   Выполнила: ученица 11 А класса

                                                                                                              Широкова Мария.

                                                                                                              Руководитель: Тычкова С.Е.

                                                     Иваново 2019-2020гг.

План работы:

1.Введение…………………………………………………………………………………………………………3

2.Основная часть……………………………………………………………………………………………….4

 2.1 Физические свойства воды………………………………………………………………………..5

 2.2 Значение воды в природе…………………………………………………………………………………………………………….6                                      

 2.3 Жесткость воды, ёе виды, причины возникновения жёсткости воды……..7

2.4 Признаки жесткости воды………………………………………………………………………….8

 2.5 Влияние жёсткости воды на организм человека, бытовую и промышленную технику………………………………………………………………………………….8

 2.6 Способы устранения жёсткости воды………………………………………………………10

3. Исследовательская часть. Определение жесткости……………………………………….

3.1 Отбор воды на анализ…………………………………………………………………………………….

 3.2 Определение общей жесткости воды…………………………………………………………      

 3.3 Результаты анализа на жёсткость проб воды……………………………………………….                

 3.4 Выводы…………………………………………………………………………………………………………..

4. Заключение……………………………………………………………………………………………………….

 4.1 Список, используемой литературы

Введение.

 Вода –  это важнейший ресурс и главная составляющая живых организмом и поэтому, большая часть нашей планеты покрыта именно водой.

96% всей природной воды сосредоточено в Мировом океане, остальная часть распределена среди рек, озер, ледников, подземных и почвенных вод. В природе чистая вода не встречается: она всегда содержит примеси каких-либо веществ. В частности, взаимодействуя с солями, содержащимися в земной коре, она приобретает определенную жесткость.

Жесткость является один из главных технологических показателей, которые приняты для характеристики состава и качества природной воды.

Тема и ее актуальность.

Тема жесткости воды была выбрана не случайно, т.к. в настоящее время качество воды напрямую влияет на жизнь и здоровье человека, а также на работоспособность и долговременность использования тех приборов, которые тесно связаны с водой (электрические чайники, стиральные машины, посудомоечные машины и т.д.)

Цель исследования.

Выяснить, что такое жесткость, каков уровень жесткости воды в районах города, и как жесткость воды влияет на жизнедеятельность человека и функционирование бытовых устройств.

3

Задачи исследования.

1. Изучить водные источники города.

2. Ознакомиться с методами определения жесткость воды, с ее химическим показателем.

3. Определить жесткость воды в некоторых районах города.

4.Проанализировать полученные данные.

5. Выявить, какое же именно влияние жесткость воды оказывает на человека и работоспособность приборов.

Гипотеза.

Мне кажется, что вода, поступающая в дома из водопровода и из скважин, будет жесткой, и негативно скажется на здоровье человека и работе бытовой техники и приборов.

Методы, используемые при исследовании.

В работе использовались такие методы, как наблюдение, эксперимент, сравнение, анализ и расчет.

4

Основная часть.

Физические свойства воды.

Вода, или же оксид водорода — это бинарное неорганическое соединение с химической формулой H2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью

Вода - одно из самых распространенных на Земле веществ. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Вода - единственное вещество на нашей планете, которое может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Чистая вода представляет собой прозрачную жидкость. Она не имеет ни вкуса, ни цвета, ни запаха.

Вода обладает самой большой на Земле удельной теплоемкостью: 4200 Дж/кг*С, поддерживая тем самым температуру воздуха и являясь хорошим теплоносителем. Также она имеет большие значения удельной теплоты плавления(333,55кДж/кг при 0оС) и парообразования(2250кДж/кг). Плотность воды составляет 1000 кг/м3, при чём при её переходе из твердого состояния в жидкое, плотность не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. Кипение воды наступает при температуре 100оС, а при температуре ниже 0оС жидкость превращается в лед.

Вода также является универсальным растворителем: она хорошо

5

растворяет ионные и многие ковалентные соединения. Своими способностями к растворению многих веществ вода обязана полярности своих молекул (при растворении ионных веществ молекулы воды ориентируются вокруг ионов).

Значение воды в природе.

Значение воды в природе очень велико и разнообразно. Так как большая часть планеты покрыта этим веществом, то его значимость и роль огромны:

• Вода участвует в таких жизненно необходимых процессах, как например круговорот воды: именно этот процесс позволяет животным и растениям получать столь необходимую для их жизни и существования влагу.
• Реки и озера, моря и океаны— все эти водоемы играют немаловажную роль в создании климата той или иной территории. А высокая теплоемкость воды обеспечивает комфортный температурный режим на нашей планете.
• Вода занимает ведущее место в процессе фотосинтеза. Если бы не вода, растения не могли бы перерабатывать углекислый газ в кислород и, следовательно, воздух был бы непригоден для дыхания.

6

Жесткость воды, ёе виды, причины возникновения жёсткости воды.

Жесткость воды – совокупность физических и химических свойств воды, связанных с наличием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, преимущественно кальция и магния. Чем больше кальциевых и магниевых солей в воде, тем она более жесткая.

Различают временную, постоянную и общую жесткость:

• Общей жесткостью воды называется суммарная концентрация ионов  Ca2+ и Mg2+ , выраженную в миллимолях на литр (ммоль/л).
• Временная, или карбонатная, жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов магния и кальция в воде.
• Постоянная, или некарбонатная, жесткость связана с содержанием в природных водах хлоридов и сульфатов кальция и магния.

И из-за такой характеристики, как жесткость выделяют несколько типов воды: мягкая (общая жёсткость до 2 ммоль/л, pH меньше 7), вода средней жёсткости (2 – 4 ммоль/л и pH от 6,5 до 8,5 ), жесткая (4-6 ммоль/л и pН больше 8,5) и очень жесткая ( более 6 ммоль/л).

Основной причиной возникновения жесткости воды является то, что ее источники находятся под землей, а точнее в залежах пород: гипса, известняка (CaCO3), доломитов(CaCO3∙MgCO3). Подземные воды растворяют в себе эти породы. И как следствие, в воде появляются катионы кальция и магния и других металлов, которые вступают в реакцию с анионами и непосредственно влияют на жесткость.

CaCO3 + СО2 + Н2О ↔ Са(НСО3)2

CaCO3∙MgCO3 + 2СО2 + 2Н2О ↔ Са(НСО3)2 + Mg(НСО3)2

7

Признаки жесткости воды.

Для высокого уровня жесткости воды характерны следующие черты:

• Горький вкус у воды
• Плохо пенящееся мыло в воде (это происходит из-за того, что в состав мыла входят растворимые натриевые соли высших карбоновых кислот, и они образуют с ионами кальция и магния осадки)
• Наличие белого налета на коже, одежде, сантехнике после высыхания
• Толстый слой накипи внутри труд и котлов отопительных систем

Влияние жёсткости воды на организм человека, бытовую и промышленную технику.

Вода, которую мы используем каждый день, может быть разного химического состава. Годной к употреблению считается только вода со среднем уровнем жесткости. И уже чем выше уровень жесткой воды, тем она негативнее будет сказываться на жизни человека. Итак, жесткая вода влияет на организм человека следующим образом:

• Сушит кожу: соли, находящиеся в такой воде,  активно взаимодействуют с шампунем или мылом и образуют осадок, который в свою очередь забивает поры организма новообразованиями - в результате кожа сохнет и создается дискомфорт.
• Волосы становятся ломкими, и это может привести даже к их выпадению.

8

• Неорганические соединения элементов Ca и Mg, содержащихся именно в воде, хуже усваиваются организмом, что может вызвать проблемы с мочевыделительной системой – мочекаменную болезнь(это происходит из-за усиления местного кровотока, изменяется процесс фильтрации и реабсорбции в почках) и с опорно-двигательной системой – накопление лишних солей в суставах.

 Влияние жесткой воды на бытовые приборы и технику также отрицательно и может привести к печальным последствиям.

Из-за воды такого качества чаще всего страдают стиральные машины, трубопроводы, нагревательные устройства, посудомоечная техника, бойлеры и т.д.

Если в этих устройствах будет циркулировать вода с повышенной жесткостью, то со временем изнутри они покроются толстым слоем накипи (это твердые отложения солей жёсткости, которые формируются, главным образом, структурами кристаллов карбоната кальция (CaCO3)), который будет мешать движению воды и увеличивать затраты энергии на нагрев. Это может привести к быстрому сокращению срока службы данных приборов.

При стирке белья в жесткой воде стирального порошка расходуется в несколько раз больше, чем в воде, содержащей меньшее количество ионов Ca и Mg. Белье невозможно хорошо отстирать и отполоскать, и ткань может потерять свой первоначальный цвет.

9

Способы устранения жёсткости воды

Для каждого вида жесткой воды существует свой способ ее устранения. Так, например, чтобы удалить временную (карбонатную) жесткость стоит лишь прибегнуть к кипячению или добавлению соды, извести. Накипь, которая образуется при кипячении, как раз вызвана разложением солей гидрокарбонатов магния и кальция:

• Кипячение: Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O
• Добавление соды: Ca(HCO3)2 + Na2CO3=CaCO3 + 2NaHCO3
• Добавление извести: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O

Для устранения постоянной (некарбонатной) жесткости нужно обработать воду содой и другими реагентами, так как она сохраняется при кипячении. При этом ионы Ca2+ и Mg2+ из раствора выходят в осадок в виде карбонатов, которые будут отделяться фильтрацией или отстаиванием.

• Добавление соды: CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl

        5MgCl2 + 5NaCO3 + H2O = Mg5(OH)2(CO3)4

        + CO2 + 10NaCl

Для умягчения воды в жилых домах обычно используют специальные фильтры, которые заполнены ионообменной смолой. Она представляет собой органический полимер, содержащий кислородные группы, которые нейтрализуются катионами Na+:

        RNa2 (смола) + Ca2+(раствор)      RCa(смола) + 2Na+(раствор)

Ионы Ca2+ и Mg2+ задерживаются смолой, а ионы Na+ переходят в раствор. Смола устраняет и ионы тяжелых металлов, вредных для организма человека, из воды. При использовании умягчителей такого типа следует помнить, что реакция обратима, и поэтому нужно регулярно менять смолу.