Определение минерального состава воды артезианской скважины, расположенной в окрестностях деревни Унжа

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Тасеевская средняя общеобразовательная школа №2»

Определение минерального состава воды артезианской скважины, расположенной в окрестностях деревни Унжа

Автор: Чегринцева Екатерина Петровна

9 класс

МБОУ «Тасеевская СОШ № 2»

Руководитель: Никонорова Анна Петровна

учитель химии и биологии

МБОУ «Тасеевская СОШ № 2»

с. Тасеево, 2020

АННОТАЦИЯ

Автор исследовательской работы: Чегринцева Екатерина Петровна, ученица 9 класса.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Тасеевская средняя общеобразовательная школа №2».

Тема работы: Определение минерального состава воды в артезианской скважине в окрестностях деревни Унжа.

Руководитель: Никонорова Анна Петровна, МБОУ «Тасеевская СОШ № 2».учитель химии и биологии.

Актуальность.

У нас в районе существует проблема наличия чистой, питьевой воды, а наличие источника могла бы решить эту проблему. К тому же, это не просто чистый минеральный источник, а еще и бальнеолoгический ресурс.

Новизна работы заключается в том, что в районе учащимися уже проводились геологические экспедиции по обнаружении минеральных источников, но данный источник не был изучен.

Цель работы: определить минеральный состав воды в артезианском источнике, доказав то, что она является минеральной.

Задачи:

1. Проанализировать источники информации о минеральных водах и выяснить какие воды относятся к минеральным.

2. Дать характеристику природных условий, при которых могли сформироваться минеральные воды в окрестностях деревни Унжа.

3. Исследовать минеральный состав воды из артезианской скважины в деревне Унжа.

4. Проанализировать  полученные результаты и сделать выводы.

Гипотеза: вода источника близ деревни Унжа является минеральной.

Объект изучения: вода из артезианской скважины в деревне Унжа.

Предметы изучения: гидрохимический состав

Методы: визуально-колометрический, тетраметрический.

Выводы: Результатами моего исследования стало определение значения общей минерализации в исследуемой воде. Она указывает на то, что эта вода является минеральной, следователтно, гипотеза была подтверждена. Вода является сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридная натриевая, слабопресная.

ВВЕДЕНИЕ

Минеральная вoда - является древнейшим природным лекарcтвом, используемого людьми. У иcточников лечебных минеральных вод годами создавались здравницы, строились всемирно известные курорты и санатории, позже - заводы, которые поставляют по всему миру мнеральную воду в бутылках. В чем же польза минеральной воды, сохраняют ли эти воды свои лечебные свойства сейчас, когда прилавки аптек полны различных лекарств? Где приобрести эту воду, как правильно ее использовать и как не попасть на подделку? [2].

Полезные свойства природной минеральной воды исключительны, так как она образовалась в недрах земли, в особых условиях. Вода подвергается природной, естественной обработке горными породами различного происхождения, экстремально высокими температурами, магнитно - энергетическими полями и различным газами.

Данная вода содержит огромную информацию o своем сoставе, структуре и свойствах. Поэтому именно этим и можно объяснить их неповторимый вкус и оздоравливающие свойства. А так как искусственно создать условия, которые созданы природой, ее подземной природной лаборатории невозможно, то никакой набор минералов не сравнится с природной минеральной водoй [1].

Проблема: Чистая вода - это сейчас огромная ценность, не спроста стоимость дороже бензина. У нас в районе существует проблема наличия чистой, питьевой воды, а наличие источника могла бы решить эту проблему. К тому же, это не просто чистый минеральный источник, а еще как бальнеолoгический ресурс.

Гипотеза: Вода источника близ деревни Унжа является минеральной.

Цель работы: Определить состав воды в артезианском источнике, доказав то, что она является минеральной.

Задачи работы:

1. Проанализировать источники информации о минеральных водах и узнать какие воды относятся к минеральным.

2. Дать характеристику природных условий, при которых могли сформироваться минеральные воды в исследованном районе деревне Унжа.

3. Исследовать минеральный состав скважины артезианской деревне Унжа.

4. Проанализировать соответствующие результаты и сделать выводы.

Объект изучения: Источник артезианской скважины в деревне Унжа.

Предметы изучения: Гидрохимический состав.

Методы: Визуально-колометрический, тетраметрический.

Новизна работы заключается в том, что в районе учащимися уже проводились геологические экспедиции по обнаружении минеральных источников, но данный источник не был изучен.

1. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Классификация минеральных вод

В процессе подготовки данной работы, я изучила информацию о минеральных водах, к которым в соответствии с «ГОСТ Р. Воды минеральные природные питьевые» [2], относятся «подземные воды, добытые из водоносных горизонтов или водоносных комплексов, защищенных от антропогенного воздействия, сохраняющих естественный химический состав и относящихся к пищевым продуктам, а при наличии повышенного содержания отдельных биологически активных компонентов или повышенной минерализации оказывающих лечебно-профилактическое действие» [2, с. 5].

а) По содержанию минеральных веществ минеральные воды делятся на:

• столовые (на 1 литр воды содержание солей до 1 г), их можно пить безгранично
• лечебно-столовые (на 1 литр воды от 2 до 8 г.соли). Их используют и просто для утоления жажды и для лечебных целей.
• лечебные (на литр воды более 10 г. соли). Это уже лекарство, которое назначает строго доктор. Количество употребления в сутки не более 1 чайной ложки.
• воды бальнеологического назначения для наружного применения (для ванн), бывают -высокоминерализованные (на литр воды 35 г. соли, это минерализация вод Мирового океана), рассольные (на 1 литр воды 35,1-150 г соли), крепкие рассолы (на 1 литр водыс 150 -600 г) и очень крепкие рассолы (на 1 литр воды > 600 г). В отечественной бальнеотерапии применяются воды, разбавленные до минерализации 18-20 г/л (минерализация вод Черного моря).

б) По температуре различаются:

• холодные, t < 20°С;
• теплые, t = 21-36°С;
• горячие (термальные), t=37-42°С;
• очень горячие (высокотермальные), t > 42°С минеральные воды.
• Высокотермальные воды достигают температуры более 90°С.

в) Классификация минеральных вод в зависимости от газового состава и наличия специфических элементов:

1. Углекислые (кислые) минеральные воды
2. Сульфидные (сероводородные) минеральные воды
3. Бромистые минеральные воды
4. Йодистые минеральные воды
5. Мышьяковистые минеральные воды
6. Радиоактивные (радоновые) минеральные воды

г) Классификация по ионному составу

• Бикарбонатная вода  (содержит: более 600 миллиграммов бикарбонатов на литр).
• Сульфатная вод (содержит: более 200 миллиграммов сульфатов на литр).
• Хлоридная вода (содержит: более 200 миллиграммов хлоридов на литр).
• Магниевая вода (содержит: более 50 миллиграммов магния на литр).
• Фторная вода (содержит: более 1 миллиграмма фтора на литр).
• Железистая вода (содержит: более 1 миллиграмма железа на литр).
• Кислая вода (содержит: более 250 миллиграммов ангидридов углекислоты на литр).
• Натриевая вода (содержит: более 200 миллиграммов натрия на литр)[5].

1.2. ПРИРОДНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

Основные природные факторы, определяющие распространение и формирование минеральных вод исследуемой территории представлены в таблице.

Основные природные факторы, определяющие распространение и формирование минеральных вод в Тасеевском районе Красноярского края

2. Методы определения показателей качества воды и особенности их применения.

Характеристики методов определения показателей качества воды.

В ходе моего исследования я пользовалась следующими методами:

2.1 Органолептические показатели

2.1.1. Запах

Запах определяют либо при 20°С - нормальная температура, либо при 60°С - повышенная температура воды. Далее идет оценка интенсивности запаха по 5 бальной шкале.

Таблица для определения характера и интенсивности запаха

Анализ выполняла следующим образом:

1. Заполнила колбу водой на треть объема и закрыла пробкой.

2. Интенсивно встряхнула содержимое в колбе.

3. Открыла колбу и сразу же определила характер и интенсивность запаха, вдыхая воздух.

2.1.2 Привкус

Вода иметь 4 вкуса: соленый, кислый, горький, сладкий. Остальные вкусовые ощущения считаются привкусами (солоноватый, горьковатый, металлический, хлорный). Интенсивность вкуса и привкуса так же оценивается по 5 балльной шкале. При определении вкуса и привкуса, воду набирала в рот и задерживала на 3 - 5 секунд, не проглатывая.

Таблица для определения характера и интенсивности вкуса и привкуса

2.1.3. Цветность

Цветность воды определяется визуально. Определяла цветность воды, характеризуя цвет воды в пробирке высотой 10 - 12 см.

Анализ выполняла следующим образом:

1. Заполняла пробирку водой до высоты 10 - 12 см

2. Определяла цветность воды, рассматривала пробирку сверху на белом фоне при боковом освещении.

2.1.4 Мутность

Мутность определяла визуально - по степени мутности столба высотой 10 - 12 см в мутномерной пробирке. Прозрачность определяла методом с использованием диска Секки, а также по высоте столба воды, который позволяет различать на белой бумаге стандартный шрифт.

Анализ выполняла следующим образом:

1. Заполнила пробирку водой до высоты 10 - 12 см.
2. Определила мутность воды, рассматривая пробирку сверху на темном фоне при боковом освещении и внизу колбы положен шрифт. [4].

2.1.5. Водородный показатель (рН)

Водородный показатель показывает отрицательный концентрацию водородных ионов в растворе. Для определения водородных показателей используется визуальную колориметрию, определение проводится с использованием портативных тест - комплектов, основанных на реакции универсального индикатора с водородными ионами, сопровождающейся изменением окраски раствора. Точность измерения водородного показателя с помощью рН - метра может быть высока (до 0,1единиц рН и менее), с помощью визуально-колориметрических тест - комплектов - около 0,5 единиц рН.

Анализ выполняла следующим образом:

1. Колориметрическую пробирку необходимо сполоснуть несколько раз анализируемой водой. В пробирку налила 5 мл пробы.

2. Добавила пипеткой 3-4 капли раствора универсального индикатора и

встряхнула пробирку.

 3. Окраску раствора сразу же сравнила с контрольной шкалой, выбирая ближайший окрас шкалы.

2.1.6. Перманганатная окисляемость

Для определения перманганатной окисляемости проводила метод Кубеля, сущность которого состоит в окислении присутствующих в пробе веществ раствором перманганата калия с концентрацией 0,01 моль/л экв.

Анализ выполняла следующим образом:

1. В колбу для кипячения помещала пробу воды, в которую уже был добавлен раствор серной кислоты (1:3) в объеме 2,5 мл. Туда же стеклянной пипеткой добавляют и 10 мл раствора перманганата 0,01 моль/л экв.

2. Колбу ставим на горячую плитку на 10 мин.

3. По истечении 10 мин кипячения в колбу к горячему раствору пипеткой добавляла 10 мл 0,01 моль/л экв. стандартного раствора щавелевой кислоты и ожидала до полного обесцвечивания раствора.

4. Обесцвеченный раствор титровала рабочим раствором перманганата калия (0,01 моль/л экв.) до бледно-розового оттенка, сохраняющегося не менее 30 с.

3.1. Минеральный состав

3.1.1. Карбонаты

Способ определения карбонат и гидрокарбонат и можно найти титриметрическим методом. Основан на реакции с водородными ионами в присутствии фенолфталеина или метилового оранжевого (при определении гидрокарбонат - анионов) в качестве индикаторов.

Анализ выполняла следующим образом:

Титрование карбонат - аниона

1. В склянку налить до метки (10 мл) анализируемую воду.

2. Добавить пипеткой 3–4 капли раствора фенолфталеина.

3. Постепенно титруем пробу с помощью мерного шприца с раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) до тех пор, пока окраска побледнеет до слабо - розовой, и определяем объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование по фенолфталеину.

Титрование гидрокарбонат-аниона

4. В склянку налить до метки (10 мл) анализируем воду.

5. Добавляем пипеткой 1 каплю раствора метилового оранжевого.

6. Постепенно титруем пробу с помощью мерного шприца с наконечником раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) при перемешивании до перехода желтой окраски в оранжевую, определяя общий объем раствора, израсходованного на титрование по метилоранжу. При использовании раствора после определения карбонат-аниона необходимо определить суммарный объем, израсходованный на титрование карбоната и гидрокарбоната.

4.3.2. Сульфаты

Сульфаты - распространенные компоненты природных вод. Их присутствие в воде обусловлено растворением некоторых минералов – природных сульфатов (гипс), а также переносом с дождями содержащихся в воздухе сульфатов. Последние образуются при реакциях окисления в атмосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной кислоты и ее нейтрализации (полной или частичной): 2SO2+O2=2SO3 , SO3+H2O=H2SO4 

Анализ выполняла следующим образом:

1. Поместила в отверстия мутномера две пробирки с рисунком на дне. В одну из пробирок налейте анализируемую воду до высоты 100 мм (20–30 мл). 2. Добавьте к содержимому пробирки пипетками 2 капли раствора соляной кислоты и 14–15 капель раствора нитрата бария.

4.3.3. Хлориды

Если в воде присутствует хлорид, то она имеет соленый вкус уже при концентрациях свыше 250 мг/л.

Этот метод определения массовой концентрации основан на титровании хлорид-анионов раствором нитрата серебра, в результате чего образуется суспензия практически нерастворимого хлорида серебра.

Анализ выполняла следующим образом:

1. В склянку наливаем 10 мл анализируемой воды.

2. Добавляем в склянку пипеткой - капельницей 3 капли раствора хромата калия.

3. Герметично закрываем склянку пробкой и встряхиваем, чтобы перемешать содержимое.

 4. Постепенно титруем содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления неисчезающей бурой окраски.

4.3.4. Сухой остаток

Сухой остаток определяется гравиметрическим и расчетным методами. Величину сухого остатка можно найти расчетным методом. При этом необходимо суммировать полученные в результате анализов. Для природной воды величина сухого остатка практически равна сумме массовых концентраций анионов карбоната, гидрокарбоната, хлорида, сульфата) и катионов (кальция и магния, а также определяемых расчетным методом натрия и калия).

4.3.5. Общая жесткость, кальций, магний

Общая жесткость определяется суммарной массовой концентрации катионов кальция и магния основан на реакции солей кальция и магния с реактивом - трилоном Б.

Анализ выполняла следующим образом:

1.В склянку наливаем 10 мл анализируемой воды.

2. Добавляем в склянку пипетками 6 - 7 капель раствора буферного аммиачного и 4 - 5 капель

раствора индикатора хром темно-синего.

3.Закрываем склянку пробкой и встряхиваем для перемешивания.

4. Постепенно титруем содержимое склянки раствором трилона Б до перехода окраски в точке эквивалентности из винно-красной в ярко-голубую

4.3.6. Натрий и калий

Массовую концентрацию катиона натрия (СНА) в мг/л определяется расчетным методом, по формуле:

СНА=(А-СОЖ) *23

4.4.1. Аммоний

Концентрация катионов аммония определяются визуально - колориметрическим методом, сравнивая окраску раствора с контрольной шкалой образцов окраски.

Анализ выполняла следующим образом:

1. Наливаем анализируемую воду в колориметрическую пробирку до метки «5 мл».

2. Добавляем в воду 0,1 г сегнетовой соли и пипеткой - 1,0 мл реактива Несслера. Содержимое пробирки перемешиваем.

3. Оставляем смесь на 1 - 2 мин. для завершения реакции.

4. Окраску раствора в пробирке сравниваем на белом фоне с контрольной шкалой образцов окраски.

4.4.2. Нитраты

Анализ выполняла следующим образом:

1.Градуированную пробирку ополаскиваем несколько раз анализируемой водой. В пробирку 6 мл пробы, прибавляем дистиллят до значения объема 11 мл и перемешиваем.

2. К содержимому пробирки добавляем 2,0 мл свежеприготовленного реактива на нитрат - анионы, закрываем пробирку пи встряхиваем для перемешивания раствора.

3. Прибавляем в пробирку 0,2 г порошка цинкового восстановителя. Закрываем пробирку пробкой и тщательно перемешиваем

4. Оставляем пробирку на 15 минут для полного протекания реакции.

5. В склянку для колориметрирования переливаем раствор из пробирки до метки «10».

6. Проведите визуальное - колориметрирование пробы. Для этого склянку поместила на белое поле контрольной шкалы и, освещая склянку рассеянным белым светом достаточной интенсивности, определите ближайшее по окраске контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации нитрат - анионов в мг/л.

4.4.3. Нитриты

Концентрацию нитрит-анионов определяют визуально - колориметрическим методом, сравнивая окраску раствора с контрольной шкалой образцов окраски.

Анализ выполняла следующим образом:

1. Налейте анализируемую воду в колориметрическую пробирку до метки «5 мл».

2. Добавьте содержимое одной капсулы 0,05 г реактива Грисса в пробирку. Перемешайте содержимое пробирки встряхиванием до растворения смеси.

3. Оставьте пробирку на 20 мин. для завершения реакции.

4. Проведите визуальное колориметрирование пробы. Окраску раствора в пробирке на белом фоне сравните с контрольной шкалой образцов окраски [3].

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты моего исследования представлены в данной таблице.

Определяемые показатели и результаты анализов

Вывод: Значение общей минерализации в исследуемой воде указывает на то, что эта вода является минеральной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проанализировав источники информации о минеральных водах я узнала, какие воды относятся к минеральным.

2. Проанализированы природные факторы влияющие на распространение и формирование минеральных вод исследуемой территории, которые указывают на то, что территория нашего района находится в зоне с относительно благоприятными условиями для формирования подобных вод.

3. Исследовав минеральный состав воды из скважины артезианской в деревне Унжа и проанализировав полученные результаты, я сделала вывод, что моя предполагаемая гипотеза подтверждена, вода является минеральной в данной скважине в деревне Унжа. Мои исследования указывают на то, что эта вода является минеральной, следовательно, гипотеза была подтверждена. Вода является сульфатно - гидрокарбонатно-хлоридная натриевая, слабопресная.

Данного типа вода представляет собой некое сочетание двух типов вод, которые обладают следующим физиологическим действием. Ее можно рекомендовать при болезнях желудка, как с повышенной, так и с пониженной кислотностью. Ведущая роль принадлежит времени приема, которое будет усиливает влияние одних компонентов и снижает действие других. Если данную воду пить за 10-15 минут до еды, преобладать будет действие хлоридов, а если пить воду за полтора - два часа, преобладает влияние щелочей. Поэтому, эта вода будет оказывать нормализующее действие при любой дисфункции ЖКТ. При приеме гидрокарбонатно-хлоридно-натриевой воды совместно с улучшением секреторной и моторной функций желудка снизиться количество слизи, увеличатся процессы образования и выведения желчи. Эти воды улучшают и процессы обмена веществ, их с успехом применяют также при различных нарушениях обмена (ожирении, подагре, сахарном диабете).

Практическая значимость данной работы в том, что люди, не посредственно проживающие в деревне Унжа, да и в самом районе, будут владеть информацией, какой состав воды из этой скважине, соответствует ли она тем нормам, которые предъявляются, как к чистой природной воде, которую употребляют в качестве питьевой, так и минеральным, которую используют в лечебных целях.

Исследование минерального состава воды артезианской скважины в деревне Унжа значимо также тем, что наличие такого ценного ресурса, может существенно повлиять на жизнь людей, которые живут в районе и которые могут использовать данную воду в лечебных целях.

Литература.

1. Ганейзер Г. Е. Подземные воды нашей Земли, М., Просвещение, 1990.
2. Львович М.И. «Вода и жизнь»: Москва, «Мысль» 1984г . 
3. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3-е изд., доп. и перераб. – СПб.: «Крисмас+», 2009.
4. Научный журнал «География и природные ресурсы» №2 СО РАН, Новосибирск, 1999 г.
5. http://minvody.ucoz.ru