ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДЫ В РОДНИКАХ И ПРУДАХ п. САУК-ДЕРЕ КРЫМСКОГО РАЙОНА КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ
творческая работа учащихся по химии (8 класс) по теме

               Районная научно-практическая конференция «Эврика».

           ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

      СВОЙСТВ ВОДЫ В РОДНИКАХ И ПРУДАХ

          п. САУК-ДЕРЕ КРЫМСКОГО РАЙОНА

                     КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

                                                                                           Автор:

                                                                                                 Водинов Кирилл Игоревич

                                                                                                 8 «Б» класс МБОУ СОШ № 45

                                                                                           Научный руководитель:

                                                                                                 Резниченко Майя Керимовна,

                                                                                                 учитель биологии и химии

                                                                                                 МБОУ СОШ № 45

                                                                                           Методист:

                                                                                                Терещенко Дмитрий Геннадиевич,

                                                                                                студент факультета биологии и                          

                                                                                                химии Славянского-на-Кубани

                                                                                                государственного педагогического

                                                                                                института.

 п. Саук-Дере, 2011г.

         Изучение физико-химических свойств воды в родниках и прудах п. Саук-Дере          

                                    Крымского района, Краснодарского края

                                                  Водинов Кирилл Игоревич

                        Россия, Краснодарский край, Крымский район, п. Саук-Дере

                                        МБОУ СОШ № 45, 8 «Б» класс

                                                         Аннотация

Цель работы: выявление физико-химических показателей проб пресной воды в окрестностях п. Саук-Дере Крымского района, Краснодарского края для изучения гидроминерального ресурса территориального проекта «Природный парк, пещеры и терренкуры холодного ущелья».

Методы исследования: 

1. Отбор проб воды
2. Приготовление реактивов для проведения исследований
3. Определение содержания сухих веществ
4. Определение плотности воды
5. Определение жесткости воды комплексонометрическим методом

Полученные данные сведены в таблицах 1, 2 и 3.

      Содержание сухих веществ воды больше в прудах «Малый Ленинский» и «Дубинка». Меньше содержание сухих веществ в воде пруда «Ленинский».

      Плотность воды пруда «Ленинский» занижена, тогда как вода остальных прудов имеет одинаковую плотность.

       Пруды имеют среднюю жесткость. Меньшую жесткость имеет вода пруда «Малый Ленинский». Большая жесткость воды зафиксирована  у родника при въезде в поселок.

 Выводы: Все пробы воды соответствуют нормативным требованиям СанПин

                   Все поставленные цели были достигнуты в процессе работы.

Заявка участника

конкурса научных проектов школьников в рамках научно-практической               конференции «Эврика» Малой академии наук учащихся Кубани

                                       в 2011-2012 учебном году          

1. Водинов Кирилл Игоревич

2. Химия

3. Изучение физико-химических свойств воды водных объектов п. Саук-Дере,

    Крымского района, Краснодарского края

4. 8.02.1997г.

5. Краснодарский край, Крымский район, п. Саук-Дере, ул. Кирова,11,кв.17

6. (886131)63419, 79186675497

7. –

8. Водинова Анна Евгеньевна

9. Водинов Игорь Леонидович

10. 89186675497, 89186941749

11.Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №45

12. 8 «Б»

13. 8(86131)63450

14. Стегно Михаил Александрович

15. Резниченко Майя Керимовна

16. Учитель химии и биологии МБОУ СОШ № 45

17. 88613163400, 89189960469

18. -

19. Не являюсь действительным членом КНОУ

                                         ОГЛАВЛЕНИЕ

         Введение                                                                                              5

Глава 1. Обзор литературы. Вода                                                              7

1. Состав воды                                                                               7
2. Строение молекулы воды                                                        7
3. Вода как растворитель                                                             7
4. Физико – химические показатели природных вод                8

Глава 2. Материалы и методы исследования                                          9

          2.1 Материалы и оборудование для проведения исследования   9

          2.2Методы исследования                                                                 9

Глава 3.Результаты работы и их обсуждение                                         12

          3.1Определение физико-химических показателей проб воды     12

Заключение                                                                                                15

Список использованной литературы                                                    16

Водинов Кирилл Игоревич

Краснодарский край, Крымский район, п. Саук-Дере

МБОУ СОШ № 45, 8 класс

Изучение физико-химических свойств воды в родниках и прудах п. Саук-Дере

Научный руководитель: Резниченко Майя Керимовна, учитель химии и биологии МБОУ СОШ № 45

Введение

          Вода – одно из самых распространенных веществ на нашей планете; она имеет огромное значение в эволюции как живой, так и не живой природы.[1].

          Древнегреческий философ Фалес Милетский (2600 лет назад) назвал воду первоисточником всего сущего. Наиболее глубокую оценку значения воды дал академик В.И.Вернадский: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое её бы не заключало. Все земное существо ею проникнуто и охвачено».[3].

          Вода является одним из самых удивительных, ещё до конца не изученных и нерасшифрованных соединений на Земле.  Исследованием  этого соединения и занимается гидрохимия – наука о химии природных вод.[3].

          Она является непременным условием проявления жизни; в ней развивались первые живые организмы; она входит в состав всех живых существ на Земле, поэтому без воды не может существовать ни один из их видов. Велико значение воды и в повседневной практической деятельности человека.[2].

          А между тем эта исключительно важная роль воды всецело связана в её способностью растворять различные вещества, встречающиеся в природе и образовывать сложные растворы солей, газов и органических веществ с разными свойствами. Без растворенных в воде питательных солей и газов в водоёмах не было бы водной растительности, водных организмов, рыб.[2] От состава воды зависят и многие её физические свойства:  температура замерзания, величина испарения, цвет, прозрачность и характер протекающих в ней химических процессов.[2].

Значение химического состава природных вод имеет огромное практическое значение для развития различных отраслей экономики.[3].

         В связи с интенсивным загрязнением окружающей среды, в том числе и природных вод, возникла необходимость создания новых подходов и методов отбора проб, их анализа, обработки данных. Это нужно для выявления характера и масштабов загрязнения и оценки качества вод, методов прогнозирования изменений, которые могут произойти в водоёмах под воздействием антропогенных и естественных факторов .[3].

          Очень важна, в условиях быстрого роста масштабов влияния антропогенных факторов, проблема загрязнения природных вод. Загрязнение биосферы Земли токсичными антропогенными веществами, в основном ксенобиотиками (чужеродными для неё химическими соединениями), приобретает угрожающий характер.[3].

            Актуальность исследования обусловлена тем, что впервые исследуются водные объекты п. Саук-Дере по физико-химическим показателям и соответствие родниковой воды установленным санитарным нормам.

             Объектом исследования являются пресноводные водоёмы п. Саук-Дере, Крымского района, Краснодарского края.

            Предмет изучения – физико-химические показатели проб воды.

            Цель исследования: выявление физико-химических показателей   проб пресной воды в окрестностях п. Саук-Дере  Крымского района, Краснодарского края для курортно-туристического маршрута Терен-Кура холодного ущелья.

            Ход исследования:

1. Изучить научно-техническую литературу и нормативные документы по данной тематике;
2. Произвести пробоотбор исследуемой воды;
3. Определить физико-химические показатели: жесткость, плотность, содержание сухих веществ исследуемой воды по рефрактометру;
4. Сделать вывод по проделанной работе.

Глава 1. Обзор литературы. Вода.

1. Состав воды.

                 Вода –это химическое соединение кислорода и водорода, которое принято обозначать формулой Н20. На самом деле вода имеет более сложный состав, и химическая природа её до сих пор окончательно не установлена. Молекулярная масса воды равна 18, но встречаются молекулы с молекулярной массой 19, 20, 21, и 22. У водорода два стабильных изотопа: протий (Н) и дейтерий (D). Кроме того известен еще один радиоактивный изотоп водорода с периодом полураспада 12,26 лет – это тритий (Т).

                Химический состав  природных вод представляет собой сложный комплекс растворенных газов, различных минеральных солей и органических соединений. В природных водах растворены почти все известные на земле химические элементы в виде простых и сложных ионов, комплексных соединений, растворенных или газообразных молекул, стабильных и радиоактивных изотопов. [3].

2. Строение молекулы воды.

          Особенности строения молекулы воды, которые придают ей растворяющую способность и с которыми связаны ее специфические свойства, известны под названием аномалий воды. Аномальные свойства воды свидетельствуют о необычайно высокой устойчивости воды к  воздействию внешних факторов, обусловленной наличием водородных связей.[3].

             Водородные связи непрочны, легко разрушаются и образуются даже при обычных тепловых движениях молекул. Полностью все четыре водородные связи реализуются при замерзании воды. В твердом состоянии каждая молекула  окружена четырьмя другими – тремя из того же слоя и одной  из соседнего слоя молекул.

3. Вода как растворитель

                Если воду поместить во внешнее электрическое поле, то ее молекулы под действием поля стремятся расположиться в пространстве так, что возникает такое явление как –ориентационная поляризация. Ею обладают вещества с полярными молекулами. Высокая полярность молекул воды является одной из важнейших причин ее высокой растворяющей способности по отношению ко многим веществам, что позволяет образовывать с ними однородные физико-химические  системы переменного состава (растворы). Растворенные в природных водах соли находятся в диссоциированном состоянии, в виде ионов.[3].

               Молекулы воды в силу особенностей своего строения и возникающего из-за этого вокруг них силового поля обладают способностью притягивать молекулы других веществ. При соприкосновении с водой какой-нибудь соли ионы, образующие ее кристаллическую решетку, будут притягиваться отрицательным полюсом молекулы воды, а ион хлора (анион) положительным. Ионы растворенного вещества притягивают и удерживают вокруг себя определенное число молекул воды, которое образует оболочку, называемую гидратной. Таким образом, в водном растворе ионы являются гидратированными, то есть химически связанными с молекулами воды.[3].

              1.4.Физико-химические показатели природных вод

              Жесткость. Жесткость воды – связывают с содержанием в ней растворенных солей кальция  и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Общая жесткость воды подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов ( и карбонатов при pH 8,3) кальция и магния, и некарбонатную – концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Сa  и  Мg, а вторая – наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.[9]

                 Жесткость воды выражают в мг-экв/л: карбонатная жесткость отвечает той части катионов Ca2+ и Mg2+, которая эквивалентна содержащимся в воде анионам НСО3-, некарбонатная – анионам SO2- ,  NO- и др. ( 1мг –экв/л соответствует20,04 мг/л катионов Ca2+ или 12,16мг/л катионов Mg2+). Различают воду мягкую (общая жесткость до 2мг-экв/л), средней жесткости (2-10 мг-экв/л) и жесткую (более 10мг-экв/л).[9].          

                 Плотность. Измеряется в граммах на кубический сантиметр –(г/см). Для природных вод это основной показатель экологического состояния. Чем выше загрязненность, тем больше плотность. На плотность  воды влияет  количество растворенных в ней веществ. Для прудов плотность должна быть в пределах от 0,990 до 1, 015. Для родников не более 1,005 и не менее 0,995. Плотность дистиллированной воды равна 1,000г/см3.

                Содержание сухих веществ может измеряться гравиметрически или с помощью прибора рефрактометра. Показания рефрактометра основаны на измерении показателя преломления светового луча через слой прозрачной жидкости. Шкала концентрации сахарозы соответствует содержанию сухих веществ в водном растворе. Измерение содержания сухих веществ по рефрактометру дает почти неотличимые результаты, чем другими методами.

                 Содержание сухих веществ измеряется в процентах-[%].

Глава 2. Материалы и методы исследования

            2.1. Материалы и оборудование для проведения исследований

 Цилиндры на 100мл по ГОСТ  1770-74;

Спирт этиловый ректефикованный очищенный для пищевых целей по ГОСТ 5962 -67 или ГОСТ 18300;

Колбы конические или плоскодонные на 250 мл по ГОСТ 1770-74;

Колбы мерные лабораторные на 100мл по Гост 1770-74;

Весы технохимические типа ВЛТ-200;

Фильтр плотный («синяя лента») по действующему НД;

Воронки стеклянные лабораторные по ГОСТ 25336;

Пипетки, градуированные на 1,2,5,10,20мл по ГОСТ 29227-91;

Установка для титрования;

Бюретка лабораторная вместимостью 25см3 с ценой деления 0,1см3

Аммоний хлористый ч.д.а. по ГОСТ 3773-72;

Сульфид натрия по ГОСТ 2053-77;

Аммиак водный по ГОСТ 3760;

Хромоген черный (индикатор) ч.д.а. ТУ 6-09-1760-72;

Трилон Б по ГОСТ 10652-73;

Колба мерная на 1000см3  и пипетки Мора на 25,50 см3.

Рефрактометр для измерения показателя преломления света (ПА)

От 1,3000 до 1,7000 с дискретностью шкалы не ниже 0,0002, обеспечивающей погрешность измерения   --+ 2  10 – 4 типаУРЛ–2м;

Термометр с пределом измерения от 0 до 500С.

Вода, дистиллированная по ГОСТ 4204 – 77;

Стаканы химические лабораторные по ГОСТ 25336 -82;

Колбы конические и плоскодонные на 100мл по ГОСТ 1770-74

   2.2. Методы исследования

      Отбор проб.

      Для проведения физико-химического анализа воды необходимо правильно провести пробоотбор. Проба воды для анализа получена путем смешением проб, отобранных одновременно в разных местах исследуемого водоёма, или, если проба бралась с родника, то просто собиралась в бутылку. При отборе проб используют бутылки из бесцветного стекла или полиэтилена марок, которые разрешены для контакта с питьевой водой. Посуда должна быть тщательно вымыта моющими средствами, многократно ополоснута водопроводной и дистиллированной водой. Непосредственно перед забором воды посуду несколько раз ополаскивают исследуемой водой. [15].

       На практике удобно пользоваться банкой или бутылью. В местах с затрудненным доступом к воде банку или бутыль можно прикрепить к шесту. Для взятия проб с определенной глубины используют батометры. Обычно пробы в створе отбирают в трех точках ( у обоих берегов и в фарватере); при ограниченных технических возможностях или на небольших водоёмах допускается отбор проб в одной-двух точках ( в местах наиболее сильного течения). Чаще всего пробы отбирают в 5-10м от берега на глубине 50см. [15].

          Определение содержания сухих веществ

       Несколько капель исследуемой воды помещают на неподвижную призму (1) рефрактометра и накрывают подвижной (2) (рисунок 5). Одновременно замечают температуру окружающей среды. Компенсатором рефрактометра устанавливают точное разделение поля зрения (рисунок 4 и 6 ). Затем визор окуляра (3) совмещают с линией рефракции (4) и измеряют показатель преломления света через данный раствор (рисунок 6).

           С левой стороны расположена шкала показателя преломления (рефракции), а с правой натуральная шкала зависимости сухих веществ в растворе от показателя преломления, пересчитанного на чистую сахарозу.

           Показатели рефрактометра являются относительно точными для определения содержания сухих веществ в сильно разбавленных растворах. Цена деления 0,2%

                  Определение плотности воды

            Плотность воды измеряется ареометром градуированном в пределах от 0,850 до 1,150 или менее. Чем меньше шкала калибровки, тем точнее измерение им.  

             В цилиндр ёмкостью 250мл наливается исследуемая проба воды и опускается сухой ареометр. Уровень поверхности жидкости шкале ареометра покажет плотность пробы.

Определение жесткости воды комплексонометрическим методом.

            Ход определения. Метод основан на определении содержания ионов кальция и магния в пробе путем титрования раствором трилона Б с индикатором хромоген черный ЕТ-00.

           Определение общей жесткости.  В коническую колбу вместимостью 250мл. вливают 100мл пробы, прибавляют 1мл 5%-ного раствора сульфида натрия, а затем 5мламмиачного буферного раствора, 5-6 капель индикатора и титруют раствором трилона Б.

               Жесткость воды выражают в миллиграмм – эквивалентах на 1 л. (мг-экв/л). Общую и постоянную жесткость воды вычисляют по формуле:  

                                       Х =

               Где Х – жесткость воды, мг-экв/л; а  - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, мл; н – нормальность раствора трилона Б;

               g – объем пробы, взятый на анализ, мл.[14].                              

     Приготовление реактивов для проведения исследований.

Приготовление буферного раствора: навеску 20г хлорида аммония растворяют в 100мл 25% раствора аммиака и доводят дистиллированной водой до 1л. [14].

Приготовление растворов индикатора: Навеску 0,5г эриохрома черного Т (хромовый темно-синий) растворяют в 20 мл аммиачного буферного раствора, прибавляют 80мл этилового спирта и раствор перемешивают. Раствор индикатора хромоген черный ЕТ – 00 надо готовить каждые десять дней. [14].

Приготовление 0,05 н раствора Трилона Б: навеску 9,3 трилона Б растворяют в одном литре дистиллированной воды. [14].

                        Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение.

       В ходе исследований нами было произведено по 3 забора воды (пробы) из 8 разных мест п. Саук-Дере:

1.Родник «Дубинка»;

2.Родник при въезде в поселок;

3.Родник по ул. Заводская;

4.Родник на водокачке;

5. Пруд «Дубинка»;

6.Пруд «Харченский»;

7.Пруд «Ленинский»;

8.Пруд «Малый Ленинский» (возле тракторной бригады).

3.1. Определение физико-химических показателей проб воды п. Саук-Дере

            Определение сухих веществ по рефрактометру

                                                                                                     Таблица 1.

Содержание сухих веществ по рефрактометру в воде водных объектов

 п. Саук-Дере.     

            Родники «Дубинка», по ул. Заводская и на водокачке имеют меньшее содержание растворенных сухих веществ. Родник, находящийся при въезде в поселок, имеет несколько завышенный показатель содержания сухих веществ.

         Содержание сухих веществ в водных пробах больше в прудах «Малый Ленинский» и «Дубинка». Меньшее содержание сухих веществ в пробах воды пруда «Ленинский».

           Все пробы соответствуют нормативным требованиям СанПин.

                                            Определение плотности проб воды  

                                                                                                 Таблица 2

Определение плотности воды водных объектов поселка Саук-Дере

       Вода родника при въезде в поселок имеет заниженную плотность. Родник на Водокачке имеет большую плотность, сравнимую с дистиллированной водой.

        Плотность проб воды пруда «Ленинский» занижена, тогда как пробы воды остальных прудов имеют одинаковую плотность.

                           Определение общей жесткости проб воды    

                                                                                              Таблица 3.

             Жесткость воды водных объектов поселка Саук-Дере

           Вода родников является средней жесткости. Меньшая жесткость у проб воды родника на Водокачке. Большая жесткость проб воды родника при въезде в поселок.

           Пруды имеют также среднюю жесткость. Меньшую жесткость имеют пробы воды  пруда «Малый Ленинский». Большая жесткость зафиксирована у проб воды пруда «Харченский».

                                                          Заключение

В результате проделанной работы были сделаны следующие выводы:

 1.Определены физико-химические показатели исследуемой воды:

 - содержание сухих веществ по рефрактометру;

 - плотность по ареометру;

 - общая жесткость комлексонометрическим методом.

 2.Проведено исследование проб воды родников в поселке Саук-Дере:

 -Родники «Дубинка», по улице Заводская и на Водокачке имеют меньшее содержание растворенных сухих веществ. Родник, находящийся при въезде в поселок, имеет несколько завышенный показатель содержания сухих веществ.

-Вода родника при въезде в поселок имеет заниженную плотность. Родник на водокачке имеет большую плотность, сравнимую с дистиллированной водой.

-Вода родников является средней жесткости. Меньшая жесткость воды у родника на Водокачке. Большая жесткость у воды родника при въезде в поселок.

3.Проведено исследование проб воды прудов поселка Саук-Дере:

      -Содержание сухих веществ воды больше в прудах «Малый Ленинский» и «Дубинка». Меньшее содержание сухих веществ в воде пруда «Ленинский».

     -Плотность воды пруда «Ленинский» занижена, тогда как вода остальных прудов имеет одинаковую плотность.

     -Пруды имеют среднюю жесткость. Меньшую жесткость имеет вода пруда «Малый Харченский». Большая жесткость воды зафиксирована у пруда «Харченский».

        Все пробы соответствуют нормативным требованиям СанПин.

                                       Список используемой литературы

1. Избранова С.И. Сборник лабораторных работ по курсу биологической химии / С.И. Избранова. – Славянск-на-Кубани.: Издательский центр СГПИ, 2007,65с.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2-х кн. Кн. 1: Титриметрические и гравиметрические методы анализа: учеб. Для студ. ВУЗов, обучающихся по химико-технол. Спец. / В.П.Васильев. – 6-е изд.,стереотип. -М.: Дрофа,2007. – 366с.
3. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2-х кн.: Физико-химические методы анализа: учеб. Для студентов ВУЗов, обучающихся по химико-технол. спец. /.- 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2007. -383 с.
4. Методы анализа природных и промышленных объектов / Моросанова С.А. и др.; - М.: Изд-во МГУ, 2005г. – 371 с.
5. Кунце У. Основы качественного и количественного анализа  /  У. Кунце, Г. Шведт. – М.: Мир, 1997. – 239 с.
6. Бесков С.Д. Аналитическая химия. Качественный и количественный анализ / С.Д. Бесков, О.А. Слизковская. – М.: ГУПИ, 1965. – 371 с.
7. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. В 2-х книгах: кн. 2. Методы химического анализа / Ю.А. Золотов – М.: Высшая школа, 2000. – 375 с.
8. Руководство по аналитической химии /Под ред. Ю.А. Клячко.–М.: Мир,1984.–176.
9. Мидгли Д. Физико-химические методы анализа растворов / Д. Мидгли, К. Торренс. – М.: Мир, 1980. – 219 с.
10.  Строев Е.А. Практикум по биологической химии / Е.А. Строев, В.Г. Макарова. – М.: Высшая школа, 1986. – 196 с.
11.  Чиркин А.А. Практикум по биохимии  /  А.А. Чиркин. – Минск: «Новое знание», 2002. – 273 с.
12. Моросанова  С.А. и др. Методы анализа и нормы показателей природных объектов; - М.: Изд-во МГУ, 2007. – 352 с.