Исследования минеральной воды НАРЗАН

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 1 г. Вяземского
Вяземского муниципального района Хабаровского края
Краевой конкурс научно-исследовательских и прикладных проектов учащихся
старших классов по теме охраны и восстановления водных ресурсов (Российский
национальный конкурс водных проектов старшеклассников – 2014)
Номинация:
«Технологии водоподготовки, очистки сточных вод и рационального использования
водных ресурсов»
Исследование минеральной воды «Нарзан»
Выполнила
Рогозина Анастасия Сергеевна,
учащаяся 8 класса,
МБОУ СОШ № 1 г. Вяземского
Руководитель:
Филиппова Юлианна Валерьевна,
учитель географии и биологии
МБОУ СОШ № 1 г. Вяземского
2014
1
Содержание:
Стр
1. Введение
3
2. Географическое положение минерального источника
4
3. Методика исследования
5
4. Результаты исследования состава минеральной воды
5. Результаты социологического опроса
7
7
6. Выводы
10
7. Заключение
10
8. Список литературы
10
9. Приложение
11
2
Введение
Минеральная вода – вода, содержащая биологически активные минеральные и
органические
компоненты,
обладающая
специфическими
физико-химическими
свойствами.Уникальность структуры и свойства минеральных вод связаны с особыми
условиями формирования их в недрах земли. Циркулируя в горных породах в течение
длительного времени, подземные воды проходят различную естественную обработку:
химическую, газовую, электрическую (6). Поднимаясь наверх, вода подвергается
гравитационному, биологическому, энергетическому воздействию. Состав минеральной
воды обусловлен историей геологического развития, характером тектонических структур,
геотермических условий и другими особенностями территории(3).
На территории Вяземского района есть минеральный источник «Нарзан». Своё
название он получил, вероятно, за сходство с минерализованными углекислыми водами
Северного Кавказа. У
населения источник пользуется популярностью из-за особых
качеств. Но воды источника никогда не исследовались.
Актуальность работы состоит в том, что мы впервые исследовали состав вод, на
основе чего даны рекомендации по её использованию.
Цель исследовательской работы: изучениесвойств минеральной воды «Нарзан»
местного происхождения.
Задачи:
1. Провести анализ
органолептического и химического состава минеральной
воды2.
Выявить влияние химического состава воды источника на организм человека.
3. Привлечь внимание общественности к проблеме использования и охраны источника.
В работе использованы методы:
1. Анализ литературных источников.
2. Метод определения органолептических свойств воды.
3. Методы определения химических свойств воды на состав ионов и катионов.
4. Проведение экспериментальных работ.
5. Социологический опрос.
3
6. Анализ
результатов
экспериментальной
работы
и
социологического
исследования.
7. Метод построения диаграмм.
Практическая значимость работы: осуществление
исследовательской работы
позволило получить информацию о составе минеральной воды источника
«Нарзан»,
привлечь внимание общественности к проблеме его использования и охраны.
Место проведения исследования:г. Вяземский, МБОУ СОШ №1
Сроки проведения исследования:Январь 2014 года.
2. Географическое положение минерального источника
Минеральный источник находится в Вяземском районе Хабаровского края, в 18 км
(по прямой) восток-юго-восточнее ж/д ст. Вяземская. Представляет собой небольшое
озерцо, размером примерно 2х3 метра, в небольшом котловане, на дне которого
происходит выход подземных минеральных вод и газов, в виде поднимающихся
пузырьков. Вода в нем имеет лечебные свойства.
Путь к источнику простирается по изначально грунтовой дороге, в прошлом дороге
Вяземского леспромхоза до п Третьей седьмой, далее идет по бывшей узкоколейной
железной дороге.
В километрах трех-пяти от поселка Третья Седьмая на путь «наползает» наледь – горные
источники изливаются на дорогу и замерзают. В метрах ста от источника дорогу
преграждает глубокий овраг. Из-за его постоянного «движения» небольшой мост сделать
невозможно, поэтому он попросту заложен бревнами. Проезд через него на обычной
машине затруднителен. Время для проезда - только зимнее, по накатанному снегу. В
остальное время дорога после Третьей Седьмой для легковых машин недоступна.
Местные жители, и многие жители с других территорий, еще издревле приезжали
сюда за целебной водой,
и использовали в лечебных целях с положительным
результатом. Воду пили и натирались снаружи, исцеляя порой неизлечимые болезни (8).
4
3. Методика исследования
Материалы: минеральная
воды
«Нарзан», химические стаканы (200 мл);
индикаторная бумага, соляная кислота, азотная кислота (концентрированная), хлорид
бария, перекись водорода, хромат калия, нитрат серебра, гидроксид натрия, раствор
перманганата калия, фосфат натрия, спиртовка, стеклянная палочка с встроенной медной
проволокой, хозяйственное мыло.
Исследовательская работа проводилась по следующим направлениям:
1. Органолептические свойства воды
К органолептическим свойствам воды относятся вкус, цвет, запах. Свойства эти
определяются органами обоняния и осязания.
2
Анализ воды на рН
Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-,
образующихся при диссоциации воды. Если ионы ОН- в воде преобладают, то рН > 7, и
вода будет иметь щелочную среду, а при повышенном содержании ионов Н+ , рН < 7,
среда кислая. В дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга и рН
будет приблизительно равен 7. Это идеальный уровень кислотности минеральной воды,
т.е. среда нейтральная. При растворении в воде различных химических веществ, как
природных, так и антропогенных, этот баланс нарушается, что приводит к изменению
уровня рН (1).Для определения среды реакции
использовали индикатор лакмус
универсальный.
3
Анализ жесткости воды
Жесткость воды формируется в результате растворения горных пород, содержащих
соли кальция и магния: Ca (HCO3)2 ), Ca(OH)2, (Mg (HCO3)2, CaSO4,MgSO4CaCl2MgCl2, .
Минеральная вода была проверена на жесткость: к 10 мл.исследуемой отфильтрованной
воды в пробиркедобавили 2 мл. мыльного раствора и встряхивали содержимое, пока не
образуется устойчивая пена высотой 1 см. Она должна держаться 30 и более секунд. Если
пена держится долгое время, то вода жесткой не является (2).
4
Качественный анализ воды
Определялось содержание ионов: HCO3-, Cl - , Br- , SO42- , K+, Na+,
и катионов
Mg2,Ca2+Fe3+ , Рb2+ .
В основе методики исследования качественного состава и свойств вещества лежат
качественные
реакции
неорганических
соединений.
химические реакции:
5
Использованы
следующие
1. Для определения гидрокарбонат-ионов HCO3- к воде добавляется раствор соляной
кислоты. Выделение газа и его интенсивность позволяет судить о наличии данного
аниона: HCO3- + Н+= H2O+CO2↑(выделение пузырьков газа)
2. Определение хлорид- ионов и бромид- ионов осуществляли с помощью раствора
нитрата серебра. Белый осадок указывает на наличие хлорид - ионов, желтоватый – на
наличие бромид-ионов: Cl - +Ag+ = AgCl↓, белый осадок; Br- + Ag+ = AgBr↓ - желтоватый
3. Определение сульфат-ионов проводилось с помощью раствора хлорида бария.
Выпадение белого осадка свидетельствует о присутствии данных ионов:SO42- +
Ba2+=BaSO4↓, белый осадок.
4. Определение ионов йода проводили с помощью нитрата серебра. Выпадение желтокоричневого осадка указывает на присутствие йода в воде: I- + Ag+ = AgI- ↓ ; желтокоричневый осадок (4).
5.Определение наличия катионов магния проводилось с помощью раствора гидроксида
натрия. Выпадение прозрачного хлопьевидного осадка доказывает наличие ионов магния:
Mg2- + 2OH- = Mg(OH)2↓, бесцветный прозрачный осадок
6.Определение наличия катионов кальция проводилось с помощью раствора фосфата
натрия.
Помутнение
раствора
доказывает
наличие
катионов
кальция:
3Ca2++ 2PO43-=Ca3(PO4)2↓, белый осадок
7. Наличие ионов K и Na определялось по изменению окрашивания пламени. Смачивали
медную проволоку, раствором HCl и прокаливли до тех пор, пока окрашивание не
исчезло. Раскалённую проволоку опустили в минеральную воду и внесли в несветящуюся
часть пламени. Бледно – фиолетовое окрашивание пламени указывает на присутствие
ионов К.Ионы Na окрашивают пламя в ярко жёлтый цвет (7).
8.
Для определения катионов железа к минеральной воде приливаем светло-розовый
раствор перманганата калия. В случае положительной реакции цвет среды меняется на
желтовато-бурый.
отстаивание пробы.
Простейший способ выявить наличие трехвалентного железа –
Появление характерного красно-бурого осадка является первым
признаком наличия трехвалентного (III)
железа, которое, окисляясь, превращается в
красноватый гидрооксид (5).
9. Катионы свинца определяли добавив к 10 мл пробы минеральной воды 1 мл раствора
К2СrO4 (10 г растворяют в 90 мл дистиллированной воды). Если в результате реакции
образуется желтый осадок, то содержание катионов свинца более 20 мг/л: Рb2+ + СrО2- >
РbСrO4 желтый.
6
4. Результаты исследования состава минеральной воды.
Вода из минерального источника «Нарзан» обладает приятным вкусом, шипучая,
без запаха, с буроватым оттенком.
Индикаторная лакмусовая бумага, помещённая в воду, окрасилась в синий цвет (рН
= 8), что указывает на щелочную среду (фото1).
Жёсткость воды низкая, так как пена, образованная в результате добавления
мыльного раствора к образцу воды, держалась на поверхности более 30 секунд (фото 2).
Вода содержит гидрокарбонат-ионы HCO3-, так как при добавлении
раствора
соляной кислоты выделялись пузырьки газа: .HCO3- + Н+= H2O+CO2↑(фото 3)
Белый осадок, образовавшийся при добавлении к образцу воды раствора нитрата
серебра позволил определить наличие хлорид – ионов: Cl - + Ag+ = AgCl↓ (фото 4).
Отсутствие белого осадка при взаимодействии воды с раствором хлорида бария
указывает на отсутствие в минеральной воде сульфат–ионов (фото 5).
Вода не содержит катионы магния, так как при взаимодействии с раствором
гидроксида натрия выпадение прозрачного хлопьевидного осадка не наблюдалось.
Помутнение раствора при добавлении к воде раствора фосфата натрия доказывает
наличие катионов кальция: 3Ca2++ 2PO43-=Ca3(PO4)2 ↓, белый осадок.
Бледно – фиолетовое окрашивание пламени, при внесении в него проволочки,
смоченной в минеральной воде указывает на присутствие ионов К. Ионы Na отсутствуют
(фото 6).
Вода содержит железо (III), так как при добавлении к ней
светло-розового
раствора перманганата калия цвет среды поменялся на желтовато-бурый. При отстаивании
воды, на дне появляется большой слой тёмно-бурого осадка (гидрооксида железа) (фото 7)
При приливании к пробе воды раствора К2СrO4 цвет изменился на жёлтый, но
жёлтый осадок не наблюдался. В результате чего можно сделать вывод об отсутствии
катионов свинца.
Отсутствие осадка жёлтого – коричневого цвета, при добавлении к образцу воды
нитрата серебра позволяет сделать вывод, что вода не содержит ионов йода.
5. Результаты социологического опроса
С целью выявления информации о популярности, перспективах использования
воды минерального источника нами проведён социологический опрос, результаты
которого представлены в диаграммах.
7
В опросе приняло участие 52 учащихся нашей школы в возрасте от 13 до 17 лет.
Результаты социологического опроса представлены на диаграммах.
1.Что Вам известно об источнике «Нарзан», расположенном в Вяземском районе у
п.. Третья Седьмая?
82, 5 % респондентов (44 человека) не знают о его существовании, 7 % (4 человека)знают, но не посещали источник, 7 % - указали на то, что вода данного источника
полезная, 3,5 % 92 человека)- знают, что в воде источника содержится железо. (Рисунок
1)
2. Используете ли воду из этого источника?
Только 37 % респондентов дали положительный ответ. 63 % (36 человек) не
используют воду источника (Рисунок 2)
3%
7% 0%
7%
83%
не знают о
его
существова
нии
знают, но
не
посещали
источник
вода
источника
полезная
0%
37%
не
используют
63%
Рис.1 Что известно о источнике респондентам
используют
Рис.2. Использование воды источника
3. С какой целью Вы используете воду из источника «Нарзан»?
62 % (36 человек) не используют воду данного источника, 23 % (14 человек) используют,
как питьевую воду, по 4 % ( по 2 человека) отметили, что используют потому что данная
вода полезная и лечит заболевания пищеварительной системы, 7 % (4 человека)употребляют потому что вода вкусная (Рисунок 3).
4. Считаете ли Вы, что минеральная вода «Нарзан» должна быть доступна для населения?
92 % (48 человек) респондентов дали положительный ответ (Рисунок 4).
5. Что нужно сделать, чтобы вода была доступной населению?
Учащиеся предложили следующее: вода должна быть доступной (32 ответа); чистой
(20 ответов); поступать в торговую сеть (10 ответов); к источнику необходимо проложить
8
дорогу, чтобы его вода была доступна в течение всего года (8 человек); 2 респондента
затруднились ответить на этот вопрос (Рисунок 5).
0%
не используют воду
4%
4%
7%
используют, как питьевую воду
используют потому что данная вода
полезная
23%
62%
используют потму что данная вода
лечит заболевания пищеварительной
системы
используют потому что вода вкусная
Рисунок 3. С какой целью используется вода источника «Нарзан»
8%
да
нет
92%
Рис. 4 Должна ли минеральная вода «Нарзан» быть доступной для населения?
35
30
25
20
15
10
5
0
32
20
10
8
2
вода должна
быть доступной
вода должна
быть чистой
поступать в
торговую сеть
к источнику
необходимо
проложить
дорогу
Рис. 5 Что нужно сделать, чтобы вода была доступной населению?
9
затруднились
ответить
6. Выводы
1. Вода минерального источника «Нарзан» щелочная, с приятным вкусом, без запаха, с
лёгким бурым оттенком до отстаивания.
2В
исследуемой
минеральной
воде
методом
качественного
анализа
были
идентифицированы ионы хлора, калия, сульфат – ионы и гидроксид - ионы; катионы
кальция и железа в большом количестве.
3
Химический состав воды влияет на функционирование организма, как положительно,
так и отрицательно (в случае переизбытка). Употреблять минеральную воду следует по
рекомендации специалистов, с учётом состояния организма.
4 Большинство учащихся не знают о существовании источника и возможностях
использования воды в оздоровительных целях, но желают, чтобы вода была доступна
населению.
Заключение
В ходе исследования, были изучены и проанализированы: научная литература,
химический состав минеральной воды источника «Нарзан»; проведён социологический
опрос. Все результаты занесены в таблицу и построены диаграммы. Анализ
использованных
источников,
изучение
состава
и
свойств
минеральной
воды,
составленный алгоритм обнаружения ионов, позволили сделать выводы.
Выполнение данной работы расширило мой кругозор и навыки работы в химической
лаборатории школы. Результаты работы будут освещены на школьной и районной
конференции исследовательских работ учащихся, на классных часах. Важно понять, что
минеральная вода – это уникальный дар природы и использовать его мы должны на
службу нашему здоровью.
Литература
1. Алимарин И.П. Методы обнаружения и разделения элементов. М. 2004.
2. Авдеев А.Г., Авдеева В., Савиткин Н.И. Минеральная вода – чудесный дар природы.
Химия в школе. № 2. 2007.
3. Гордон А., Форд Р. «Спутник химика» М.: Мир, 2006 стр. 462
4. Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. «Химия для любознательных»
5. О.С. Габриелян Химия 8 класс: учебное пособие для общеобразовательных учреждений.
М., Дрофа, 2012 г
6. http://www.gicpv.ru/
10
7. http://ochistivodu.ru/
8. http://www.zapoved.net/index.php/
9.
Приложение
11
Фото 5 Качественная реакция
на сульфат - ионы
Фото 6 Реакция на ионы К
12
Фото 7
Осадок
гидроксида
железа (III)
Таблица 1
Влияние состава минеральной воды на организм человека.
Химические элементы в
составе минеральной
воды «Нарзан»
Гидрокарбонатны
( НCO3-)
Сульфатные (SO42-)
Хлоридные (Сl-)
Калиевые (К-)
Магниевые (Mg2+)
Железистые (Fe2+,Fe3+)
Влияние на организм
предназначены для тех, кто занимается спортом (оказывают
благоприятное влияние при усиленной мышечной работе, а
также
при
диабете,
инфекционных
заболеваниях).
Применяются при лечении мочекаменной болезни и подагры
.
рекомендуются тем, у кого наблюдаются проблемы с печенью
и желчного пузыря (в качестве желчегонного, а также как
слабительное), ожирение и сахарный диабет. Категорически
нельзя употреблять такую воду детям и подросткам, так как
сульфаты препятствуют росту костей, связывая кальций пищи
в просвете ЖКТ в нерастворимые соли;
способствуют
регулировке
работы
кишечника,
желчевыводящих путей и печени. Противопоказания к
применению (категорически) — повышенное давление;
регулируют водно-солевой обмен, активизируют ферменты,
обеспечивают нормальное функционирование сердца, мягких
тканей; облегчает выведение лишней жидкости из организма.
помогают при стрессовых ситуациях. Противопоказания —
склонность к расстройству желудка
обеспечивают структурировании белков, синтез кислорода,
гемоглобина и миоглобина в организме, обменные процессы,
нормальное функционирование иммунной системы.
Избыток железа способствует увеличению риска инфарктов и
повреждения тканей при инсультах, к болезни Альцгеймера,
развитию дерматитов, аллергических реакций, заболеваний
печени и почек.
13