Исследование качества воды

ВСЕРОССИЙСКИЙ КОНКУРС УЧЕНИЧЕСКИХ РЕФЕРАТОВ
«Кругозор»
Тема исследования:
«Исследование качества воды из водопровода г. Балтийска»
Работу выполнили:
учащиеся 7 «А» класса
МОУ гимназии 7 г. Балтийска
Калининградской области
238520 г. Балтийск, Калининградской обл., ул. Ушакова, д.32
тел.: (84012-45) 2-02-98, E-mail: [email protected]
Ганичева Алёна,
Иванов Александр,
Навлицкас Владислав,
Скорняков Андрей.
Научный руководитель:
Лопушнян Герда Анатольевна
учитель физики МОУ гимназии №7 г. Балтийска
Калининградской области,
тел. 89520519392: E-mail: [email protected].
1
Цель работы:
 изучить свойства воды;
 оценить качество воды из водопровода г. Балтийска и пригодность ее использования
жителями.
Задачи исследования:
1) изучить свойства воды (физические, химические);
2) уточнить роль воды в организмах человека;
3) исследовать физическое и химическое состояние воды в г. Балтийске;
4) предложить способы улучшения качества водопроводной воды г. Балтийска.
Методы и приемы: анализ научной литературы, сравнительный анализ, синтез, классификация и обобщение отобранного материала; метод наблюдения, эксперимент (физический и химический), методы математической обработки полученных материалов.
Краткая аннотация:
В работе представлены результаты теоретического исследования свойств воды, ее значения
для жизни и здоровья человека. Приведены результаты экспертизы воды из водопровода г. Балтийска (методами доступными учащимся школы), предложены способы улучшения качества
водопроводной воды г. Балтийска, которые можно использовать в домашних условиях.
2
Содержание:
Введение………………………………...…………………………………………………….4
Физические свойства воды …………………………………………………………………..4
Химические свойства воды …………………………………...……………………………..6
Роль воды в жизни человека……………………………...………………………………….5
Экспериментальная часть. Исследование водопроводной воды г. Балтийска…………...8
Заключение………...……………………………………………………………………...…..10
Литература …………………………………………………………………………..………….11
Приложения…………………………………………………………………………………12
3
Введение
Изучение физических свойств воды началось ещё до установления её состава в тесной связи с другими научно-техническими проблемами. В 1612 итальянский учёный Г. Галилей обратил внимание на меньшую плотность льда сравнительно с жидкой водой как на причину плавучести льда, а в 1665 голландский учёный Х. Гюйгенс предложил принять температуру кипения
и температуру плавления воды за опорные точки шкалы термометра.
В результате исследования научной литературы, учебников по физике и химии нам удалось
установить, что в настоящее время общее количество воды на Земле достигает 1018 тонн, и она
покрывает приблизительно четыре пятых земной поверхности. Вода уникальна! Это единственное химическое соединение, которое в природных условиях на нашей планете существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и пара.
С точки зрения науки физики, вода – это прозрачная жидкость, не имеющая ни запаха, ни
вкуса. Плотность воды 1000 кг/ м3.
Уникальность воды (приложение 1) проявляется в том, что это единственная жидкость на
планете у которой плотность в твердом состоянии больше чем в жидком. Это свойство позволяет многим живым организмам, живущим в водоемах (в особенности в озерах) перенести зимние
холода. При охлаждении лед поднимается вверх и выступает в роли ледяной «шубы», защищающей живые организмы от полного промерзания. Так формируются условия для жизни обитателей водоемов при низких температурах. С точки зрения физики данное явление можно объяснить следующими особенностями воды. При понижении температуры от 4°С до 0 °С плотность
воды уменьшается, т. е. вода с температурой 4°С находится внизу, а более холодная поднимается наверх, где и замерзает, превращаясь в лед [7].
В морской воде растворено значительное количество солей, и она ведет себя при охлаждении
совершенно по-другому. Температура ее замерзания зависит от солесодержания, но в среднем
составляет - 1,9°С. Морская вода превращается в лед, не достигая максимальной плотности.
Поэтому происходит вертикальное перемешивание морской воды при ее охлаждении от плюсовой температуры до температуры замерзания. Благодаря такой циркуляции нижние горизонты
океана обогащаются кислородом, а в верхние слои из нижних поступает вода, богатая питательными веществами. Необходимо отметить, что как морской, так и пресный лед легче воды и
плавает на ее поверхности, предохраняя глубинные слои воды в морях и океанах от непосредственного контакта с холодными массами воздуха и способствуя тем самым сохранению тепла.
В настоящее время лед достаточно хорошо изучен, созданы разные модификации искусственного льда. Например, «горячий лед», который замерзает при высокой температуре, его получают при высоком давлении [2].
4
Аномальные свойства воды объясняются существованием в ней водородных связей, которые
связывают между собой молекулы как в жидком, так и в твердом состоянии
Удельная теплоемкость воды составляет 4,2 кДж/(кг-К), это значит, что при нагревании вода способна поглощать больше тепла, чем другие жидкости. Но и при остывании вода отдает
больше тепла, чем другие жидкости. Поэтому при нагревании вод Мирового океана под воздействием солнечных лучей и их остывании при отсутствии энергии солнечной радиации теплоемкость выступает как свойство, обеспечивающее минимальные колебания температуры воды
днем и ночью, летом и зимой. Малая теплопроводность воды и большая теплоемкость обуславливают ее использование в качестве теплоносителя.
Tемпература кипения воды зависит от величины атмосферного давления. Например, при
нормальном давлении 101325 Па tк = 100 °С, а на высоте 7134 км (пик Ленина на Памире) давление равно 40000 Па, вода там кипит при температуре 70 °С, сварить мясо в этих условиях
нельзя [6].
Аномально высокое значение имеет теплота парообразования воды. Эта величина более
чем вдвое превышает теплоту парообразования этанола, серной кислоты, анилина, ацетона и
других веществ. Поэтому даже в самое жаркое время вода испаряется крайне медленно, что
способствует ее сохранению и, следовательно, сохранению жизни на Земле. Высокое значение
скрытой теплоты плавления льда также обеспечивает стабильность температурного режима на
планете.
Еще одно удивительное свойство воды – это величина ее поверхностного натяжения. Силы
взаимодействия молекул, составляющих воду, притягивают их друг к другу, и разорвать эту
связь не так просто. Интересным является тот факт, что, известная библейская легенда о том,
как Иисус Христос шел по воде действительно может быть реальным фактом и объясняется
большим поверхностным натяжением воды.
Благодаря поверхностному натяжению, вода поднимается по капиллярным каналам в грунте
на поверхность Земли, поступает в ткани и клетки растений и живых организмов.
Вода плохо проводит электрический ток, но становится хорошим проводником, если в ней
растворены даже небольшие количества ионных веществ.
Известна очень интересная особенность воды, связанная с распространением в ней звуковых волн. Скорость распространения звука в воде аномально высока, она превышает скорость
его распространения в воздухе почти в 6 раз.
Рассмотрим химические свойства воды.
Очевидно, что все особенности воды определяются теми химическими элементами, которые входят в ее состав. Эти элементы - водород и кислород - широко распространены как в
Космосе, так и на Земле. Химическая формула воды H2O. Эти два элемента - водород и кисло5
род - являются антагонистами. Один из них господствует в Космосе, другой - на Земле.
Более точное строение молекулы воды в 1951 г. предложил датский ученый Н. Бьеррум с
точечным распределением зарядов. В соответствии с его представлениями, молекула воды
представляет собой пирамиду, в середине которого размещен центр молекулы, а в углах - электрические заряды.
Самая удивительная особенность воды - ее способность растворять другие вещества и ковалентные соединения. Поэтому вода широко используется в качестве растворителя как человеком (в промышленности), так и природой (представляет собой универсальный растворитель,
необходимый для протекания биохимических реакций). Способность воды хорошо растворять
многие вещества объясняется строением ее молекулы.
Считается, что в водах Мирового океана могут быть растворены все элементы таблицы периодической системы элементов, по крайней мере, на сегодня их обнаружено более 80. Вода в
природных условиях всегда содержит растворённые соли, газы и органические вещества. Их
количественный состав меняется в зависимости от происхождения. Так при концентрации солей до 1 г/кг воду считают пресной, до 25 г/кг - солоноватой, свыше - солёной. Наименее минерализованными водами являются атмосферные осадки (в среднем около 10-20 мг/кг), затем
пресные озёра и реки (50-1000 мг/кг). Солёность океана колеблется около 35 г/кг; моря имеют
меньшую минерализацию (Чёрное 17-22 г/кг; Балтийское 8-16 г/кг; Каспийское 11-13 г/кг). Минерализация подземных вод вблизи поверхности в условиях избыточного увлажнения составляет до 1 г/кг, в засушливых условиях до 100 г/кг, в глубинных артезианских водах минерализация колеблется в широких пределах. Максимальные концентрации солей наблюдаются в соляных озёрах (до 300 г/кг) и глубокозалегающих подземных (до 600 г/кг).
Ученые подсчитали, что 97.5% всех запасов воды на планете Земля приходится на соленые
воды морей и океанов. Иными словами, пресная вода составляет только 2.5% мировых запасов.
Таким образом, вода является удивительным природным соединением с уникальными физико-химическими свойствами, наличие которых определило функционирование жизни на Земле [3]. Именно аномальный характер свойств воды определяет большинство физикохимических и биологических процессов на Земле.
На Земле жизнь была бы не возможна, если бы не осуществлялся круговорот воды в природе. Круговорот воды происходит под влиянием солнечной радиации, которая стимулирует
испарение воды. При этом осаждаются растворенные в ней минеральные вещества. Водяной
пар поднимается в атмосферу, где конденсируется, и благодаря силе тяжести вода возвращается
на землю в виде осадков – дождя или снега. Большая часть осадков выпадает над океаном и
лишь менее 25% – над сушей. Около 2/3 этих осадков в результате испарения и транспирации
6
поступает в атмосферу и лишь 1/3 стекает в реки и просачивается в грунт.
Особо бы хотелось отметить, что при испарении в атмосферу поднимаются не только пары
воды, но и различные загрязнители, причем чаще всего это происходит при участии человека: в
результате несчастных случаев, намеренных сбросов отходов, проливов и утечек. В результате
испарения загрязнённой воды, атмосфера загрязняется, что является одним из факторов кислотных дождей, которые приводят к неблагоприятным последствиям.
Рассмотрим роль воды в жизни Человека. Жизнь Человека зарождается в воде и именно в
воде проходят первые самые главные 9 месяцев его развития. Вода составляет приблизительно
70% массы человека: эмбрион состоит из воды на 95%, в теле новорожденного её – 75%, у взрослого человека – 60%, в старости её количество снижается. Содержание воды в организме идёт по
экспоненте: волосы – около 10%, клетки разных тканей 60%, ЦНС – 90%. Объём воды, потребляемой человеком в сутки, составляет 2,5-3,0 литров, столько же воды и выводится. Если воды выводится на 6-8% больше нормы, то возникает мышечная слабость, головокружение, головная
боль и др. явления. Избыточная потеря 10% воды приводит к более тяжёлым изменениям, а – 1520% - вызывает смерть. Без воды человек может прожить только несколько суток. Вода обеспечивает доставку питательных веществ, микроэлементов и кислорода клеткам нашего организма.
Она играет ключевую роль в терморегуляции, выполняет функции очищения от шлаков. Её количество в нашем организме регулирует процессы обмена веществ и метаболизма.
Проблема чистой воды стала одной из важнейших проблем ХХI века. Ещё 2000 лет назад
выдающийся целитель Авиценна пришёл к выводу о том, что из 1000 болезней 999 связаны с
состоянием воды, которую потребляет человек. По данным ВОЗ, почти 80% всех заболеваний
вызваны некачественной питьевой водой.
Таким образом, именно вода, ее качество определяют состояние здоровья Человека.
В настоящее время среди ученых появилась новая теория о «живой» и «мертвой» воде. Ярким представителями этой идеи являются американский биохимик Ли Лоренцена и японский
ученый Масару Эмото. Масару Эмото сумел разработать способ оценки качества воды по кристаллическим структурам, а также способ активного воздействия извне. В замороженных пробах воды под микроскопом были обнаружены удивительные различия в кристаллической
структуре, причиной которых являлись химические загрязнители и внешние факторы. Доктору
Эмото удалось впервые научно доказать факт, что вода способна накапливать в себе информацию (см. приложение 2). Сегодня у многих учёных не вызывает сомнения, что вода может хранить и передавать информацию (телепатия).
Ученый считает, что для поддержания жизни Человеку необходимо использовать именно
«живую» воду. А вот обыкновенная водопроводная вода и даже очищенная питьевая вода в силу многих причин не способна выполнять такие функции. Организму человека приходиться
7
тратить немало сил, для того, что бы преобразовать эту воду в пригодную для функционирования клеток.
Всем известно, что наша питьевая вода сильно загрязнена пестицидами, гербицидами, нитратами, тяжелыми металлами, полициклическими ароматическими углеводородами, причем на
содержание этих веществ установлены предельно допустимые значения, которые не должны
превышаться. Доктор Эмото [10],[11] считает, что используемые для биологической и химической очистки вещества по возможности удаляться из воды водоснабжающими предприятиями,
но в воде остаются их следы (информация), которые отрицательно воздействуют на организм
человека.
Также вода теряет свою природную структуру и, соответственно, природные свойства под
воздействием сильнейших электромагнитных, акустических полей, воздействия значительных
колебаний давления и температуры и различных видов загрязнений во время многочасового
передвижения по трубопроводам городских коммуникаций или находясь в экологически грязных регионах [4].
Выясним, какими свойствами обладает вода из водопровода г. Балтийска и пригодна ли она
для употребления Человеком.
Экспериментальная часть исследования. Исследование воды г. Балтийска.
Цель эксперимента: 1) с помощью химических опытов определить качество воды из водопровода г. Балтийска, сравнить ее характеристики с «питной» водой, водой из источника и «святой» водой;
2) с помощью физических опытов определить наличие тяжелых примесей
в воде из водопровода г. Балтийска.
Результаты экспериментальной части исследования.
Оборудование и реактивы: водопроводная вода, вода из источника (источник расположен в
районе п. Круглово), освященная вода («святая» вода), талая вода (снег взят во дворе гимназии
№7, ул. Ушакова д.32), универсальная индикаторная бумага, растворы нитрата серебра AgNO3,
йодида калия КI, роданида калия KCNS,прибор для электролиза, амперметр, соединительные
провода, ключ, бумажные салфетки.
Цель опытов: 1) изучить свойства указанных видов воды;
2) сравнить полученные в ходе опытов свойства указанных видов воды.
Подробные результаты исследования приведены в приложении 4. На основании полученных
результатов можем сделать следующие выводы.
Вывод 1.Качество воды, взятой из водопровода г. Балтийска низкое из-за присутствия в ней
8
ионов хлора, железа, кальция и магния. В такой воде мыло и другие моющие средства плохо
пенятся, что увеличивает их расход. Имеет слабо выраженный запах хлора. Прозрачность 8-10
см. Проводит электрический ток.
Вывод 2.Вода из источника и освящённая вода обладают особенным вкусом из-за присутствия ионов серебра. Эти воды относятся к так называемой «живой воде», то есть, с отрицательно заряженными частицами, рН >7. «Живость» обеспечивает избыток щелочных анионов и
избыток электронов. Прозрачность 20-25 см. Проводит электрический ток.
Вывод 3.Талая вода – это вода, которая образовалась после таяния льда. Поэтому сохраняет
структуру подобную льду. Но так как лёд был взят в районе улицы Ушакова д.32, где происходит интенсивное движение автотранспортных средств, то в этой воде мы обнаружили вредные
примеси – наличие ионов хлора и железа, не ярко выраженный запах. В идеале талая вода – живая вода. Проводит электрический ток.
Таким образом, мы пришли к выводу, что вкусовые качества воды, химические и физические свойства исследуемой воды из различных источников отличаются. Вода, взятая из водопровода г. Балтийска в чистом виде не может применяться для питья человеком.
В связи с полученными результатами в ходе эксперимента мы решили узнать, а что о качестве водопроводной воды г. Балтийска знают ученики гимназии. Для этого мы создали анкету
(приложение 3) для учащихся. Всего в анкетировании приняло участие 121 гимназист. Результаты анкетирования приведены в таблице.
На вопрос «Какую воду предпочитают использовать для питья дома» учащиеся дали такие
ответы: а) пьют из «под крана» – о чел., б) покупают «питную» воду – 53 чел., в) привозят из
источника – 52 чел., г) пьют только минеральную воду – 18 чел., д) пьют из «под крана», но
предварительно кипятят – 50 чел., е) какая есть, такую и употребляют – 1 чел., ж) очищают воду
предварительно через фильтры – 12 чел.
Таким образом, на вопрос «Знаете ли вы свойства воды» 103 гимназиста ответили «да», и
18 - «нет». Из 121 человека опрошенных 15 человек считают, что вода в г. Балтийске хорошая, а
106 человек с ними не согласны, 56 гимназистов дома используют фильтры для очистки воды, у
остальных такой практики нет. 120 испытуемых считают, что качество воды влияет на их здоровье человека; 18 гимназистов согласились с тем, что состояние воды Балтийского моря и других водоёмов напрямую зависит от деятельности человека, 118 гимназистов высказали предположение о том, что будут заботиться о сохранности источников воды, и, к сожалению,3 гимназиста этого делать не будут. Интересным является тот факт, что только 79 гимназистов считают, что в крещение вода обладает необыкновенными свойствами, 42 ученика с этим мнением не
согласны.
9
Заключение
В результате проведенного эксперимента мы установили, что вода из водопровода г. Балтийска не соответствует норме и не совсем пригодна для употребления в пищу, мы решили исследовать способы, которыми качества воды можно улучшить.
В результате проведенной работы в данном направлении мы можем привести такие способы улучшения качества воды:
1. а) набранную воду необходимо обязательно отстаивать не менее 2-х часов,
б) отстоянную воду необходимо довести до кипения и остудить (но, ни в коем случае не кипятить);
2. использовать различные фильтры для очистки воды;
3. воду можно замораживать, а затем при разморозке оставлять только ту часть, которая относится к «живой» воде.
Литература
1) Вода вокруг нас. Материалы конференции // Литвинова Л.С., Жиренко О.Е. Нравственноэкологическое воспитание школьников: Основные аспекты, сценарии мероприятий. 5-11 классы. – М.: 5 за знания, 2007. – 208 с.
2) Вода и ее жизненные свойства. Электронный ресурс. URL: http://watermarket.ru/articles/3273
3) Витализация воды. Электронный ресурс. URL: http://www.o8ode.ru/article/dwater/ vitalization .
4) Как молекула вода хранит. Электронный ресурс. URL: http://watermarket.ru/articles
5) Круговорот воды в природе. Электронный ресурс.
6) Мякишев Г.Я. Физика 10. Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений – М.: Просвещение,
2002.-336 с.
7) Пинский А.А. и др. Физика и астрономия-8 / М.: Просвещение, 2000.- 303 с.
8) Перышкин А.В. Физика. 7 кл.:учеб. Для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2007.-192 с.
9) Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: учеб. Для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2007.-195 с.
10) Эмото М., Тайная жизнь воды / М. Эмото; пер. с англ.О.Г.Белошеев.- «Попурри», 2006.
11) Эмото М.Чудотворная вода / М. Эмото; пер. с англ.О.Г.Белошеев.- «Попурри», 2007.
10
Приложения
Приложение 1
Таблица
Уникальные физические свойства воды (аномалии воды)
Свойства воды
Плотность воды ρв=1000 кг/м3;
Плотность льда ρл=900 кг/м3;
ρв > ρл.
Вода при охлаждении расширяется.
Обладает самой большим поверхностным натяжением (после ртути).
Самый мощность растворитель на Земле;
Свойства других жидкостей
Плотность других веществ на планете в твердом состоянии больше их плотности в жидком состоянии ρт > ρж.
Жидкости при охлаждении сжимаются.
Небольшое поверхностное натяжение (кроме
ртути).
Растворяют некоторые вещества.
Приложение 2
Кристаллы воды, сохраняющие информацию (исследование М.Эмото).
На рисунках, полученных японским ученым Масару
Эмото, приведены удивительные различия в кристаллической структуре замороженной воды, причиной которых
являлись химические загрязнители и внешние факторы.
Таким образом, доктору М. Эмото удалось впервые научно
доказать факт, что вода способна накапливать в себе информацию.
11
Приложение 3
Анкета
Уважаемые ребята!
Ответьте, пожалуйста, на вопросы анкеты, отметив любым знаком ответ, соответствующий вашему
мнению.
1. Знаете ли вы свойства воды?
а) ДА, б) НЕТ.
2. Считаете ли Вы (в вашей семье), что в г. Балтийске хорошая вода?
а) ДА, б) НЕТ.
3. Какую воду предпочитают использовать для питья в вашей семье?
а) только из под крана,
б) покупаем «питную» воду,
в) привозим из источника,
г) только минеральную,
д) из под крана, но первоначально обязательно кипятим,
е) какая есть, такую и пьем.
4. Используют ли у Вас дома для очистки воды фильтры?
а) ДА, б) НЕТ, в) не знаю.
5. Считаете ли Вы, что качество воды влияет на здоровье человека?
а) ДА, б) НЕТ.
6. По вашему мнению, вода Балтийского моря является чистой?
а) ДА, б) НЕТ.
7. Зависит ли состояние воды Балтийского моря, других водоемов от деятельности человека?
а) ДА, б) НЕТ, в) я не думаю о таких пустяках.
8. Считаете ли Вы, что человек должен заботиться о сохранности источников воды?
а) ДА, б) НЕТ.
9. Считаете ли Вы, что в крещение вода обладает необыкновенными свойствами?
а) ДА, б) НЕТ.
10. Если ты знаешь секреты, как можно в домашних условиях улучшить качество воды, поделись.
12
Приложение 4
Результаты исследования качества воды (проведено в гимназии №7 г.Балтийска)
Таблица
Показатели
1.Водопроводная
вода
Г. Балтийск
2.Вода
из
источника
Температура в момент анализа
Водородный показатель (рН)
Прозрачность (на каком расстоянии
становится невиден печатный текст
– высота столба воды, взят мерный
цилиндр, обьем воды 100 мл)
Интенсивность запаха (по пятибалльной шкале)
20оС
6-7
8-10см
20оС
8
20-25см
2 (слабый запах
хлора, обнаруживается потребителем)
2 (привкус хлорки)
1 (очень
слабый
болотный
запах)
0 (очень
вкусная)
Привкус (по пятибалльной шкале)
3.Вода освящённая
(19.01.11.взят
ая в храме)
20оС
8
25-30см
4.Талая
вода
0 (отсутствие
ощутимого
запаха)
1 (очень
слабый
запах)
1 (есть
привкус,
но пробовать
нельзя)
Исследуем присутствие в воде некоторых ионов с помощью проведения качественных реакций.
Содержание хлоРаствор мутнеет
Раствор мутнеет
рид-ионов (реактив вследствие выпадевследствие вына хлорид - ионы – ния осадка хлорида
падения осадка
нитрат серебра)
серебра
хлорида серебра
Содержание ионов
Раствор приРаствор приоб- серебра (реактив на
обретает желретает желтоваионы серебра – йотоватый цвет
тый цвет вследдид калия)
вследствие вы- ствие выпадепадения осадка ния осадка йойодида серебра дида серебра
Содержание ионов
Раствор приобрета- Раствор приобжелеза Fe3+ (реакет красноватый
ретает красноватив роданид калия
цвет из-за присуттый цвет из-за
KCNS)
ствия ионов железа
присутствия
ионов железа
Свойства, связанные с жёскостью воды.
Кипячение
Образуется осадок, Осадок не
Осадок не обра- Вода мутнеет, знатак как вода жёстобразуется,
зуется, значит
чит вода менее
кая из-за присутзначит вода вода мягкая.
жёсткая по сравнествия ионов кальмягкая.
нию с водопроводция и магния.
ной.
Растворение моюРастворяется мало, Хорошо
Хорошо раство- Растворяется лучщего средства
плохо пенится.
растворяет- ряется, обильная ше, чем в водопро(жидкого мыла
ся, обильная пена.
водной, но пены
«Palmoliv»)
пена.
образуется меньше,
чем в воде из источника.
13
0 (очень
вкусная)
20оС
7
12см
Приложение 5
Это мы на этапе эксперимента (фотоотчет)
14
Продолжение приложения 5
Это мы на этапе эксперимента (фотоотчет)
.
15