Исследование воды: качественный и количественный анализ

ВЫВОД: Самое высокое содержание ионов кальция в пробе с Октябрьского района 100мг/л, КШТ и Ульбинский район наблюдается помутнение раствора- концентрация ионов более 1мг/л

Опыт  №11        Обнаружение ионов железа (Fe²⁺)

В пробирку помещают 5мл исследуемой пробы воды, добавляют  несколько капель K₃[Fe(CN)₆] красная кровяная соль. Окраска раствора приобретает цвет под названием: турбулинская синь[6, c194-195]

ВЫВОД: Самое  высокое содержание ионов железа 2 содержится в воде с КШТ, т.к по яркости окраски на первом месте- вода с КШТ, на втором – Ульбинский район, на третьем-  Октябрьский район.

Опыт  №12     Обнаружение ионов железа (Fe3+)

В пробирку помещаем 5мл пробы воды, добавляют несколько капель К₄[Fe(CN)₆] желтая кровяная соль. Окраска раствора приобретает цвет под названием: берлинская лазурь.

ВЫВОД: Самое  большое содержание ионов железа3 в воде с Октябрьского района -яркий, насыщенный цвет, в остальных двух пробах окрас менее насыщенный.

Получив результаты эксперимента, мы обратились к альтернативе, т.е возможности замены водопроводной  воды талой.  
 
 
 

2.2 Структура воды

Молекула воды имеет угловое строение;[1]входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода, межьядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных пары.

Атом кислорода  в молекуле воды находится в состоянии sp2-гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°). Электроны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды, поскольку на них создаются два положительных полюса. Центры отрицательных зарядов неподеленных электронных пар атома кислорода, находящиеся на гибридных - орбиталях, смещены относительно ядра атома и в свою очередь создают два отрицательных полюса.

Молекулярная  масса парообразной воды равна 18 ед. Но молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения ее растворов в других растворителях, оказывается более, высокой. Это происходит из-за того, что в жидкой воде происходит ассоциация отдельных молекул воды в более сложные агрегаты (кластеры). Такой вывод подтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды. Ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей. По своей структуре вода представляет собой иерархию правильных объемных структур, в основе которых лежит кристаллоподобные образования, состоящие из 57 молекул и взаимодействующие друг с другом за счет свободных водородных связей. Это приводит к появлению структур второго порядка в виде шестигранников, состоящих из 912 молекул воды.

Свойства кластеров  зависят от того, в каком соотношении  выступают на поверхность кислород и водород. Конфигурация элементов  воды реагирует на любое внешнее  воздействие и примеси, что объясняет  чрезвычайно лабильный характер их взаимодействия. В обычной воде совокупность отдельных молекул воды и случайных ассоциатов составляет 60% (деструктурированная вода), а 40% - это кластеры (структурированная вода).

В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды. Образование водородных связей приводит к такому расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом своими разноименными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной — из соседнего слоя. Структура льда принадлежит к наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы.

Природный лёд  обычно значительно чище, чем вода, так как при кристаллизации воды в первую очередь в решётку встают молекулы воды. Лёд может содержать механические примеси — твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. Наличием кристалликов соли и капелек рассола объясняется солоноватость морского льда. 
При таянии льда его структура разрушается. Но и в жидкой воде сохраняются водородные связи между молекулами: образуются ассоциаты — обломки структур льда, — состоящих из большего или меньшего числа молекул воды. Однако в отличит от льда каждый ассоциат существует очень короткое время: постоянно происходит разрушение одних и образование других агрегатов. В пустотах таких “ледяных” агрегатов могут размещаться одиночные молекулы воды; при этом упаковка молекул воды становится более плотной. Именно поэтому при таянии льда объем, занимаемый водой, уменьшается, а ее плотность возрастает.

Поэтому талая  вода отличается от обычной изобилием  многомолекулярных регулярных структур (кластеров), в которых в течение  некоторого времени сохраняются  рыхлые льдоподобные структуры. После таяния всего льда температура воды повышается и водородные связи внутри кластеров перестают противостоять возрастающим тепловым колебаниям атомов.

Существуют предположения  о том, что талая вода обладает некоторой особой внутренней динамикой и особым «биологическим воздействием», которые могут сохраняться в течение длительного времени (см. например В. Белянин, Е. Романова, Жизнь, молекула воды и золотая пропорция, “Наука и жизнь”, номер 10, 2004).Считается, что талая вода после таянья льда имеет определённую структурированную кластерную структуру. Попадая в организм, талая вода положительно воздействует на водный обмен человека, способствуя очищению организма.

Позже ученые нашли  объяснение феномену талой воды —  в ней, по сравнению с обычной, гораздо меньше примесей, включая  изотопных молекул, где атом водорода заменен его тяжелым изотопом — дейтерием. Талая вода считается  хорошим народным средством для  повышения физической активности организма, особенно после зимней спячки. Сельские жители заметили, что животные пьют эту воду; как только на полях начинают сходить снега, домашний скот пьёт из лужиц талой воды. На полях, где скапливаются талые воды, урожай богаче.

Талая вода отличается от обычной и тем, что в ней  после замораживания и последующего оттаивания образуется много центров  кристаллизации.

Было установлено, что нагревание свежей талой воды выше +37°С ведет к утрате биологической активности, которая наиболее характерна для такой воды. Сохранение талой воды при температуре +20—22°С также сопровождается постепенным снижением ее биологической активности: через 16—18 часов она снижается на 50 процентов.

Свежая талая  вода способствует ускорению восстановительных  процессов, повышает сопротивляемость организма инфекциям, снижает чувствительность слизистой оболочки, нормализует тонус бронхиальной мускулатуры. У детей при лечении воспалений легких ингаляциями свежей талой водой в восстановительный период на 2—7 дней раньше прекращается кашель, исчезают сухие и влажные хрипы, происходит нормализация показателей крови, температуры, функций внешнего дыхания, то есть существенно ускоряется процесс выздоровления. При этом значительно снижается число осложнении и частота перехода острых форм заболеваний в хронические.

Кроме того, талая  вода придает человеку много сил, бодрости, энергии. Неоднократно отмечалось, что люди, пьющие талую воду, становятся не только более здоровыми, но и более  работоспособными, повышается мозговая активность, производительность труда, способность легко решать трудные задачи. Особенно подтверждает высокую энергетику талой воды продолжительность человеческого сна, которое у отдельных людей сокращается иногда всего - внимание - до 4 часов.

Употребление свежей талой воды целесообразно для поддержания оптимальных условий жизненных процессов в условиях перегревания, высоких физических нагрузок.

2.3 Приготовление талой воды.

  Существует 6 способов приготовления талой воды (см. приложение П), мы воспользовались 6 способом и исследовали её качественный состав.

6. Для большего  эффекта можно воспользоваться  двойным очищением.

  Сначала дать воде отстояться, затем заморозить. Дождаться, когда образуется тонкий первый слой льда. Этот лед удаляют - в нем содержатся некоторые вредные быстрозамерзающие соединения. Затем повторно замораживают воду - уже до половины объема и удаляют не замерзшую фракцию воды. Получится очень чистая и целебная вода [5]

2.4 Качественный состав талой воды

  Опыт №2 (окраска)

  ВЫВОД: прозрачная

  Опыт №3 (прозрачность)

  ВЫВОД: 6 см, соответствует нормам качества

  Опыт №4 (запах)

  ВЫВОД: не имеет ощутимого запаха

  Опыт №5 (водородный показатель рН)

  рН=7, среда  нормальная, соответствует нормам качества

  Опыт № 6 (определение хлоридов и сульфатов)

   ВЫВОД: Талая вода - прозрачна, в ней нет хлоридов, сульфатов – менее 5 мг/л

     

Опыт №7 (определение иона свинца)

ВЫВОД: Наблюдается  слабое помутнение, концентрация ионов  свинца – 0,1мг/л

Опыт №8 (определение иона кальция)

ВЫВОД: Опалесценция – более 0,01мг/л

Опыт №9 (определение ионов железа 2+)

ВЫВОД: в талой  воде количество ионов железа самое  малое из всех проб.

 
 
 

Опыт №10 (определение ионов железа3+)

Опыт №11 (определение фосфат – ионов)

ВЫВОД:  Содержание фосфат- ионов более 10мг/л, окраска  синего цвета

 

Опыт № 12 (определение  нитрат ионов)

ВЫВОД: Содержание нитратов везде одинаково 0,001мг/л

 
 
 
 

Заключение.

Таким образом, в данной работе:

- Был исследован качественный и количественный состав питьевой  воды с трех водозаборов г. Усть – Каменогорска. Самое высокое содержание хлоридов и катионов свинца в воде с КШТ, самое высокое содержание катионов кальция в воде Октябрьского района, самое высокое содержание катионов железа в воде Ульбинского района и т.д.

- Установлены причины её загрязнения.

- Показаны альтернативные способы очистки воды.

- Указана альтернатива питьевой воды на основе её структуры.

- Исследован качественный состав талой воды, в сравнении с питьевой

    водой.

- Показаны возможности использования талой воды в животноводстве,

   медицине, растениеводстве.

Выполнив данную работу, мы достигли поставленной цели и надеемся, что жители нашего города отнесутся серьезно к проблеме качества питьевой воды, и прежде чем пить воду из крана, подумают, как это скажется на их здоровье в дальнейшем. Пока не приняты меры по улучшению качества воды, необходимо перед употреблением подвергать воду термической обработке или фильтрации.

Новизна нашей работы заключается в следующем: данные по состоянию питьевой воды не могут быть постоянными, картина меняется в зависимости от изменения ситуации, поэтому данные, в нашей работе не совпали с официальными исследованиями. Кроме того, исследуя возможности улучшения качества воды, мы достаточно глубоко и детально изучили особенности талой воды, способы её приготовления, результаты влияния на развитие живых организмов и на здоровье наших граждан.

Надеемся, что  альтернативные методы очистки и  опреснения воды, предложенные в докладе, не останутся без внимания. 
 
 
 

Список  литературы:

1. Алекин О.А. Основы гидрохимии.-Л.:Гидрохимиздат,1953. [1]
2. Аранская О.С.,Бурая И.В. Проектная деятельность школьников в процессе обучения химии.-М.:Вентана-Граф,2005. [2]
3. Белянин В.С., Романова Е.П. Новый взгляд.-//Наука и жизнь.-2003.-№6. [3]
4. Кирьянова А.В., Лебедева И.А. Из опыта работы школьной лаборатории.- //Химия в школе.-2009.-№2.  [4]
5. Кузьменюк Н.М., Стрельцов Е.А., Кулачев А.И. Экология на уроках химии.-1996.  [5]
6. Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г. Аналитическая химия. [6]
7. Нормативные данные по предельно допустимым уровням загрязнения вредными веществами, объектов окружающей среды.- Справочный материал. [7]
8. Турлакова Е.В. Определение показателей качества воды. // Химия в школе.- 2001. - №7. [8]
9. Харьковская Н.Л., Асеева З.Г. Анализ воды. // Химия в школе. – 1997. – №3 (апрель- май). [9]