Исследовательская работа

«ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ»

Выполнила:

Овсянникова Екатерина,

учащаяся 12-а класса

МБВСОУ«ОСОШ №35»

г.Старый Оскол

Руководители:

Воронцова Л.Н.,

учитель химии.

Рындина Ю.Н.,

учитель физики,

Чеканцева В. А.,

учитель биологии

Старый Оскол

2014

«Вода… Ты не имеешь ни вкуса ни цвета ни запаха,

тебя невозможно описать - тобой наслаждаешься.

Ты не просто необходима для жизни,

ты и есть сама жизнь.

Ты божество, ты совершенство,

ты самое большое богатство на свете »

Антуан де Сент - Экзюпери

Актуальность темы. Вода - самое важное и уникальное вещество на нашей планете. Без воды нет жизни. Вода - бесценна! По словам академика В. И. Вернадского, «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». Вода составляет 89- 90% массы растений и 75% массы животных. В составе человеческого тела воды 65%. Вода служит постоянным участником интенсивных биохимических процессов, происходящих в человеческом организме. Ни один жизненный процесс не совершается без нее. Нарушение водного баланса ведет к серьезным сдвигам в организме человека. При потере15-20 % массы тела человек в результате обезвоживания наступает смерть. Однако ученые отметили, что за последнее десятилетие от загрязнения воды умерло больше людей, чем от военных конфликтов. Показатели качества - это перечень свойств воды, численные значения которых сравнивают с нормами качества воды. Нормы качества - это установленные значения показателей качества воды для конкретных видов водопользования. Среди химических показателей качества воды рассматривается ее жесткость. Чрезмерно жесткая вода опасна для здоровья людей и быта. В Старом Осколе вода жесткая, поэтому проблема качества воды приобретает все большее значение.

Цель работы: исследовать воду, взятую из разных источников, на предмет жесткости, выявить самые эффективные и безопасные средства борьбы с жесткостью воды.

Задачи:

▪ изучить литературу по теме исследований;

▪ изучить физические свойства воды и основные показатели качества воды;

▪ исследовать жесткость воды, взятую из разных источников;

▪ проанализировать результаты и сделать выводы.

Методы исследования: сбор информации по теме, экспериментальный метод, анализ полученных данных.

Исследование проводится в рамках учебных предметов:

- «Закон Гука» (физика,10класс)

- «Жидкие вещества» (химия, 11класс)

- «Клетка»(биология, 10класс)

Научная новизна работы заключается в:
- определении жесткости воды реки Оскол;
- определении жесткости водопроводной вода (кабинет химии);

- определении жесткости воды Святого источника с.Сорокино

Определение жесткости воды

Жёсткость воды - свойство воды (не мылиться, давать накипь в паровых котлах), связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и магния, это параметр, показывающий содержание катионов кальция, магния в воде.

Жесткость - это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях и пр., чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики.

Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла. Катионы Ca²⁺ и Mg²⁺ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства, т.е. жесткая вода плохо мылится.

Жесткая вода опасна для здоровья. При постоянном употреблении чрезмерно жесткой воды в кровеносных сосудах образуются наросты, а на зубах в желчном и мочевом пузыре - камни. При воздействии на кожу жесткой воды появляется сухость после умывания и принятия душа, появляются морщины, перхоть, возникают раздражения, фурункулы и прочие неприятности.

Существует два типа жесткости: временная и постоянная. Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и магнию.Временная жесткость связана с присутствием в воде наряду с катионами Ca²⁺, Mg²⁺ и Fe²⁺ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO₃^-).Постоянная жесткость (или некарбонатная) возникает, если в растворе присутствуют сульфатные, хлоридные, нитратные и другие анионы, соли кальция и магния которых хорошо растворимы и так просто не удаляются. Общая жесткость определяется как суммарное содержание всех солей кальция и магния в растворе. В разных странах существуют свои нормы жесткости для воды. У нас в стране вода классифицируется по жесткости таким образом:

• Мягкая вода с жесткостью менее 3,0 мг-экв/л,

• Средней жесткости - 3,0-7,0 мг-экв/л

• Жесткая - более 7,0 мг-экв/мл.

Исследование жесткости воды и способов ее устранения

(по методике В. Ковалёва)

Определить жесткость воды можно различными методами. Однако самым точным и надежным из них является метод комплексометрического титрования трилоном Б.

Оборудование и реактивы : весы, мерные стаканы, бюретка на 25мл, мерный цилиндр, трилон Б (продается в магазинах химреактивов), гидроксид аммония (NH₄OH), хлорид аммония( NH₄ CI), индикатор эриохром черный Т, дистиллированная вода.

Комплексометрическое титрование трилоном Б

(по методике В. Ковалёва)

Ход работы

1).Техника безопасности при работе.

2).Приготовление реактивов:

а) Приготовить 0.025 М раствора трилона Б.

Взвесить на весах 9,3г трилона Б, растворить в 0,8г дистиллированной воды, довести объем до1 литра.

б) Приготовить буферный раствор, позволяющий поддерживать рН около 10, что необходимо для точного измерения жесткости.

Взвесить 10 г хлорида аммония, растворить в 200 мл дистиллированной воды, добавить 50 мл 25% раствора аммиака, довести объем до 500 мл.

в) Приготовить раствор индикатора.

Индикатор эриохром черный Т (кусочек с пол спичечной головки) растворить в 20 мл буферного раствора

Проведение анализа

Для проведения анализа отмерили по 50 мл воды из каждой пробы и вылили ее в колбы.
К пробе воды прилили 5 мл буферного раствора. К этой смеси подлили несколько мл раствора индикатора, жидкость приобрела фиолетовый цвет.

Бюретку наполнили раствором трилона Б и при непрерывном перемешивании добавляли в анализируемую воду, проводя титрование проб поочередно. При этом по мере добавления трилона, цвет раствора начинал изменяться. Сначала лиловая окраска бледнеет. С этого момента надо добавлять трилон по каплям, очень тщательно перемешивая жидкость после каждой капли. Вскоре раствор стал синим. Титрование прекратили и замерили израсходованный объем раствора трилона Б с точностью до 0.1 мл для каждой пробы.

Для расчета использовали средний результат трех измерений для каждой пробы.
Расчет общей жесткости воды произвели по формуле:

Жесткость _{(мг -экв/л)} = (2000×V_{трилона} × C_{трилона}):V_воды

V_{трилона} - объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование в мл; C_{трилона} - концентрация этого раствора трилона Б в М; V_воды - объем пробы воды в мл.
Таким образом, общая жесткость в мг-экв/л равна объему раствора трилона Б в мл, который израсходован на титрование.

Результаты исследования показали жесткость воды в источниках:

Образец

воды

Источник

Жесткость воды

№1

Вода реки Оскол

8,04 мг-экв/л

№2

Вода водопроводная (кабинет химии)

6,48 мг-экв/л

№3

Дождевая вода

1,01 мг-экв/л

№4

Вода Святого источника (село Сорокино)

9,19 мг-экв/л

В результате проведенной работы были сделаны следующие выводы:

1) Вода в реке Оскол жесткая, более 7 мг-экв/л.

2) Водопроводная вода, которая подвергается умягчению и очистке, - средней жесткости 6,48 мг-экв/л. жесткости (согласно ГОСТу, общая жесткость питьевой воды не должна быть более 7 мг-экв/л).

3) Самая мягкая вода - дождевая 1,01 мг-экв/л.

4) Вода Святого источника ( село Сорокино) самая жесткая, но она очень чистая и вкусная.

Способы устранения жесткости воды.

1. Временная жесткость устраняется простым кипячением. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с катионами и образуют с ними очень малорастворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок.

Ca² + 2HCO₃^- = CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO₃ неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)₃, представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.

2.С постоянной жесткостью бороться труднее. а) Один из вариантов: вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жесткость, остаются в не замершей воде. б )Еще один способ - перегонка, то есть, испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется. в) В промышленности используют другие методы. Широко используется катионообменный способ, основанный на применении специальных реагентов - катионитов, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия.

С последствием жесткости воды - накипью, с точки зрения химии можно бороться очень просто. Нужно на соль слабой кислоты воздействовать кислотой более сильной. Последняя и занимает место угольной, которая, будучи неустойчивой, разлагается на воду и углекислый газ. В состав накипи могут входить и силикаты, и сульфаты, и фосфаты. Но если разрушить карбонатный "скелет", то и эти соединения не удержатся на поверхности.

Выводы:

• Жёсткая вода увеличивает расход электроэнергии на её нагревание

• Бытовая техника служит на четверть меньше срока

• Жёсткая вода приводит к значительному перерасходу моющих средств

• Жёсткость несёт отрицательный эффект на работу органов пищеварения, а также на кожу.

Список используемой литературы

1. Бердоносов С.С. Химия. Новейший справочник/ С.С. Бердоносов, Е.А. Менделеева. - М.: Махаон, 2006.

2. Кочергин Б.Н. Химический словарь школьника/ Б.Н. Кочергин. - Минск: 2001.

3. Ходаков Ю.В., Эпинтейн Д.А. Неорганическая химия/ Ю.В. Ходаков, Д.А. Эпинтейн. - М.: Просвещение, 2002.

4. festival.1september.ru

5. docs.mytimes.ru

6. water.ru

7. bestwater.ru

8. vitawater.ru/aqua/hydro/electro.sht...

6