Исследовательский проект «Химический анализ воды реки Караталы-Аят»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Анненская средняя общеобразовательная школа»

ПРОЕКТ

«Химический анализ воды реки Караталы-Аят»

Проект подготовила: Черепанова Дарья,

учащаяся 9 «А» класса

Руководитель проекта: Ерохина Т.А.,

учитель химии

2018-2019 учебный год

Содержание

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

1. Теоретическая часть…………………………………………………………..........................4

1.1. Географическая справка реки ……………………………………………………...4

1.2. Химический состав речной воды…………………………………………………..4

1.3. Основные показатели качества природных вод…………………………………...5

1.4. ПДК химических веществ в воде…………………………………………………..5

2.Практическая часть……………………………………………………..……………………...7

2.1. Органолептический анализ воды Караталы-Аят………………………………….7

2.2. Исследование качества воды……………………………………………………….8

Заключение…………………………………………………………………..….........................10

Список литературы………………………………………………………….….........................11

Введение

Вода – одно из самых распространенных на Земле и необычных по своим свойствам химических соединений. Без воды невозможно существование самой жизни. Вода – носитель тепловой и механической энергии, играет важнейшую роль в обмене веществом и энергии на нашей планете.

В последнее время интерес к воде основан скорее не на изучении её необычных,  уникальных и в то же время универсальных свойств, а на исследовании её экологического состояния, поиска путей её очищения, её защиты от бесцеремонного, безответственного отношения к ней человека. Результатом не всегда разумной хозяйственной  деятельности человека стало увеличение безвозвратного водопотребления (до полного истощения водных источников) и угрожающее загрязнение природных вод, что вносит нередко необратимые изменения в водный баланс  и экологические условия обширных районов.

Проблема загрязнения естественных водоемов меня тоже заинтересовала. Поэтому целью моей работы является исследование химического состава воды реки Караталы – Аят.

Для достижения поставленной цели я поставила перед собой следующие задачи:

1. Изучить состав речной воды и основные показатели её качества.
2. Изучить предельно допустимые концентрации неорганических веществ в речной воде.
3. Провести исследование органолептических показателей воды реки Караталы – Аят.
4. Провести экспериментальные исследования на определение содержания в воде реки Караталы-Аят катионов и анионов солей.

Объект исследования – речная вода

Предмет исследования – химические примеси

Гипотеза: предполагаю, что химический анализ покажет плохое качество речной воды.

Для исследования я отобрала методы: изучение и анализ литературы, проведение лабораторных опытов, анализ полученных данных.

1. Теоретическая часть

1.1. Географическая справка реки

Река Караталы-Аят (Карталы-Аят) протекает только по Челябинской области. Название реки происходит от тюркского слова каратал - «черная ива», а аят - наименование родоплеменной казахской группы. Общая площадь бассейна – 1870 кв. км. Протекает, в основном, по степным местам, а также через Карагайский сосновый бор и холмистую равнину. На берегу реки расположен город Карталы – центр Карталинского муниципального района. Так как река снабжает водой многие поселки, местами она запружена. Пруды находятся у поселка Запасное, Система, село Аннеское (плотина 230м длиной), поселка Родники (водохранилище «Попов брод» и земляной плотиной длиной 860м, снабжающей водой г. Карталы) и три пруда поселка Новониколаевка.[1]

1.2. Химический состав речной воды

Химический состав природной воды определяет предшествующая ему история, т.е. путь, совершенный водой в процессе своего круговорота. Количество растворенных веществ в такой воде будет зависеть, с одной стороны, от состава тех веществ, с которыми она соприкасалась, с другой - от условий, в которых происходили эти взаимодействия. Влиять на химический состав воды могут следующие факторы: горные породы, почвы, живые организмы, деятельность человека, климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и др. Огромное влияние на химический состав воды и его изменение с течением времени оказывают источники питания водного объекта и их соотношение. В период таяния снега вода в реках, озерах и водохранилищах имеет более низкую минерализацию, чем в период, когда большая часть питания осуществляется за счет грунтовых и подземных вод. [2]

Концентрация ионов водорода, выраженная величиной pH — один из важнейших показателей качества воды. Величина pH имеет решающее значение при протекании многочисленных химических и биологических процессов в природной воде. Именно от величины pH зависит, какие растения и организмы будут развиваться в данной воде, каким образом будет происходить миграция элементов, от этой величины также зависит степень коррозионной активности воды на металлические и бетонные конструкции. Санитарно-гигиенические нормативы для водоемов разного типа водопользования (питьевого, рыбохозяйственного) устанавливают ПДК pH в интервале 6,5-8,5. [3]

1.3. Основные показатели качества природных вод

Цветность - показатель, обусловленный наличием в воде гуминовых и фульво- кислот и их растворимых солей, а также присутствием соединений железа. Примеси, обусловливающие цветность воды по степени дисперсности, относятся ко второй и третьей группам.

Запах – органолептический показатель качества воды. Запахи вызывают летучие пахнущие вещества. Запахи и привкусы природной воды обусловлены присутствием веществ естественного происхождения или веществ, попадающих в воду в результате загрязнения ее стоками. Естественные запахи (землистый, гнилостный, болотный, сероводородный и т.д.) связаны, как правило, с развитием в водоеме водорослей, плесеней, актиномицетов и других водных организмов. Запахи искусственного происхождения классифицируют как хлорный, фенольный, аптечный и т.д.

Мутность природной воды обусловлена присутствием нерастворенных и коллоидных веществ неорганического (глина, песок, гидроксид железа) и органического (илы, микроорганизмы, планктон, нефтепродукты) происхождения. В речных водах мутность выше, чем в подземных. В период паводков мутность речных вод может достигать десятков тысяч миллиграммов в 1 л. [4]

1.4. Предельно допустимые концентрации химических веществ в речной воде

        Предельно допустимые концентрации некоторых неорганических веществ представлены в таблице. [5]

Класс опасности веществ – это условная величина вредного воздействия, которая устанавливается в соответствии с нормативами отраслевыми документами. Химические вещества разделены на четыре класса по уровню токсичности и их воздействию на живые организмы, в частности на людей и животных:

1-й класс опасности – это чрезвычайно опасные вещества, ПДК которых составляет менее 0,1 мл/л.

2-й класс опасности – это высоко опасные вещества. Эти вещества несут большую опасность для человека  и животных из-за своего разрушительного действия.

3-й класс опасности – умеренно опасные вещества.

          4-й класс опасности – малоопасные вещества. Эти вещества представляют собой наименьшую угрозу из-за своих невысоких показателей опасности и токсичности. [6]

2. Практическая часть

        Для исследования в декабре была взята проба воды реки Караталы-Аят в районе плотины. С данной пробой был проведен органолептический и химический анализ.

2.1. Органолептический анализ воды Караталы – Аят

1) Цвет. Цвет воды зависит от наличия в ней примесей, а также от количества и состава растворенных в ней веществ. Высокая цветность воды свидетельствует о ее неблагополучном состоянии. Для определения цвета воды используют стеклянный сосуд и белый лист.  В сосуд наливают воду и на белом фоне определяют цвет воды.

Данным методом было выявлено, что речная вода бесцветная.

2) Запах.  Наличие запаха у воды может быть связано либо с наличием в ней разлагающихся органических веществ, либо с присутствием химических загрязнителей. Интенсивность запаха определяют при 20оС и при 60оС. В колбу наливают 100 мл исследуемой воды, закрывают пробкой, несколько раз перемешивают вращательными движениями, после чего определяют запах. Затем колбу накрывают стеклом и подогревают до 50-60оС, после чего определялся характер запаха. Интенсивность запаха оценивают по пятибалльной  шкале (0 – нет, 1 – очень слабый, 2 – слабый, 3 – заметный, 4 – сильный, 5 – очень сильный).

Таким образом было установлено, что запах воды реки Караталы-Аят слабый.

3) Прозрачность. Под прозрачностью воды понимается ее способность пропускать свет и делать видимыми предметы, находящиеся на определенной глубине. Прозрачность воды определяется количеством содержащихся в ней механических примесей. Исследуемую воду перед определением хорошо взбалтывают и наливают в цилиндр. Затем ставят цилиндр неподвижно над печатным шрифтом для определения прозрачности так, чтобы шрифт находился в 4 см от дна. Добавляя или отливая воду из цилиндра, находят предельную высоту столба воды, при которой возможно чтение шрифта. Прозрачность воды выражается в сантиметрах высоты столба с точностью до 0,5 см.
Прозрачность питьевой воды должна быть не менее 30 см.

В результате было установлено, что речная вода прозрачная.

2.2. Исследование качества воды

1) Определение водородного показателя рН. На полоску универсальной индикаторной бумаги с помощью стеклянной палочки наносят каплю воды, сравнивают изменение цвета со шкалой. По шкале pH: вода желто – зеленого цвета.

Значит, вода нейтральная, рН 6-7, в пределах нормы

2) Обнаружение катионов кальция. К 100 мл воды прибавляют 3 мл уксусной кислоты, затем 8 мл карбоната натрия. Реакцию проводят при комнатной температуре. Если выпадет белый осадок, то концентрация ионов кальция 100 мг/л; если раствор мутный – концентрация ионов кальция 1 мг/ л, при опалесценции – более 0,01 мг/л.

В результате наблюдалось помутнение. Значит концентрация катионов кальция менее 1 мг/л, в пределах нормы.

3) Обнаружение катионов свинца, цинка, серебра. В пробирку помещают 10 мл пробы воды, прибавляют 1 мл йодида калия. Если выпадет желтый осадок, то содержание катионов свинца более 100 мг/л; если наблюдается помутнение раствора, то концентрация ионов свинца более 20 мг/л, а при опалесценции – 0,1 мг/л.

Данная реакция прошла без каких-либо заметных признаков, а значит концентрация ионов менее 0,05 мг/л, в пределах нормы (общая ПДК тяжелых металлов должна быть не более 5 мг/л)

4) Обнаружение катионов железа. К 10 мл пробы воды прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, затем 2-3 капли 5 %-ного раствора перекиси водорода и 0,5 мл роданида калия. При концентрации ионов железа менее 0,05 мг/л окрашивания не наблюдается, более 0,1 мг/л наблюдается едва заметное желтовато-розовое окрашивание, более 1,0 мг/л появляется розовое окрашивание, при концентрации более 10 мг/л окрашивание становится красным.

При проведении данной реакции наблюдался слегка желтовато – розовый оттенок. Значит, концентрация катионов железа составляет более 0,1 мг/л, в пределах нормы.

5) Обнаружение хлорид-ионов. К 5 мл пробы воды приливают 3 капли нитрата серебра. Белый осадок выпадает при концентрации хлорид-ионов более 100 мг/л. Помутнение раствора наблюдается при концентрации хлорид-ионов более 10 мг/л, опалесценция – более 1 мг/л, при концентрации ионов хлора более 50 мг/л образуются хлопья, при более 100 мг/л – выпадает белый объемный осадок.

В результате наблюдалось едва заметное помутнение, значит концентрация хлорид-ионов незначительная, примерно 1 – 10 мг/л, в пределах нормы.

6) Обнаружение сульфат-ионов. К 5 мл пробы воды прибавляют 3 капли раствора хлорида бария. При концентрации сульфат-ионов более 10 мг/л выпадает белый осадок. Если наблюдается опалесценция, то концентрация сульфат-ионов более 1 мг/л.        

В данной реакции наблюдалось помутнение, значит концентрация сульфат-ионов 1 – 10 мг/л, в пределах нормы.

           7) Обнаружение ионов аммония.  Для этого используем специфическую реакцию выделения аммиака при действии щелочей. К воде добавляют 2-3 капли раствора NaOH и нагревают. Щелочи при нагревании выделяют из солей аммония газообразный аммиак. Выделение аммиака подтверждаем фенолфталеиновой индикаторной бумагой: если аммиак выделяется, то фенолфталеин окрашивается  в малиновый цвет.

В моём случае окрашивания не наблюдалось, а значит, что речная вода не содержит соли аммония.

Заключение

        В результате проведенных исследований я пришла к следующим выводам:

1. По органолептическим показателям вода прозрачная, без цвета и запаха. Это свидетельствует о её благополучных показателях, о незначительном количестве примесей и разлагающих органических веществ.
2. Химический анализ показал, что концентрация неорганических веществ в речной воде содержится в предельно допустимых количествах.
3. Таким образом, природная вода реки Караталы – Аят достаточно хорошего качества.

Тем самым выдвинутая мной гипотеза не подтвердилась.

Список литературы

1. chel-portal.ru /Энциклопедия Челябинской области/
2. https://vuzlit.ru/709880/himicheskiy_sostav_rechnoy_vody
3. http://all-about-water.ru/chemical-composition.php
4. http://ovode.net/hw48.php 
5. http://www.etch.ru/norma.php /Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-03/
6. greenologia.ru