XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение ионов свинца в водопроводной воде микрорайона Кольцово г. Екатеринбурга

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Пачежерцев Н.А. 1

---

1Муниципальное автономное образовательное учреждение средняя образовательная школа № 60

Савельева М.А. 1

---

1Муниципальное автономное образовательное учреждение средняя образовательная школа № 60

Работа в формате PDF

129.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

  Вода - важнейшая составляющая среды нашего обитания. После воздуха вода второй компонент по значению, необходимый для человеческой жизни. Насколько важна вода свидетельствует тот факт, что ее содержание в различных органах составляет 70 - 90%.

Учеными давно обнаружена прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни человека.

Актуальность проблемы исследования.

В своих докладах на научных конференциях ученые все чаще констатируют, что из нашего крана течет не только не питьевая, но даже не "бытовая" вода.

По данным лаборатории питьевого водоснабжения НИИ экологии человека и окружающей среды РАМН, 90% водопроводных сетей подают в дома воду, не отвечающую санитарным нормам.

Вода в Свердловской области признана одной из худших в нашей стране. Источниками водоснабжения для 95% населения Екатеринбурга служат открытые водоемы - Волчихинское водохранилище и Верх-Исетский пруд, на которых организованы водозаборы основных хозяйственно-питьевых водопроводов. Оба водоисточника не соответствуют санитарным нормам и ГОСТ 2761-84 "Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения" из-за отсутствия зон санитарной охраны.

Проблемой остается вторичное загрязнение воды в водопроводных сетях в связи с их неудовлетворительным техническим состоянием. Около 99% трубопроводов изготовлены из металлических труб без внутреннего покрытия, что приводит к процессам коррозии, физическому износу, частым аварийным ситуациям.

Соединения свинца остаются одним из важнейших факторов загрязнения водопроводной воды.   Основным источником являются водопроводные трубы и свинцовый припой при соединении труб.

Свинец относится к тяжелым металлам, крайне токсичен, является канцерогеном, при регулярном употреблении даже микроскопических доз может вызывать патологии кроветворной, сердечно-сосудистой, нервной, репродуктивной и мочевыделительной систем.

Цель проекта: используя методы качественного анализа, определить наличие ионов свинца в водопроводной воде микрорайона Кольцово.

Задачи:

Выяснить значение воды для организма человека.

Изучить влияние ионов свинца на здоровье человека

Выяснить основные источники загрязнения питьевой воды свинцом.

Познакомится с методами определения ионов свинца в растворах.

Провести качественный анализ водопроводной воды на наличие ионов свинца.

Объект исследования: питьевая вода.

Предмет исследования: наличие ионов свинца в питьевой воде.

Гипотеза: мы предполагаем, что в условиях школьной лаборатории сможем провести качественный анализ водопроводной воды микрорайона Кольцово на наличие ионов свинца.

Этапы деятельности по проекту: анализ различных источников информации на заданную тему, обобщение информации, планирование экспериментальной деятельности, проведение экспериментов, обобщение результатов экспериментальной деятельности, анализ экспериментальных данных, выводы.

Методы исследования:

Метод – это способ достижения цели и задач исследования.

Эмпирические: наблюдение, эксперимент, моделирование.

Теоретические: анализ и сравнение, обобщение, классификация.

Прогнозируемый результат: используя методы качественного анализа, докажем, что вода в микрорайоне Кольцово безопасна для здоровья человека.

Глава 1. Результаты информационного поиска на заданную тему.

Совместно с учителем был отобран материал для изучения темы по направлениям:

Значение воды для организма человека.

Влияние ионов свинца на здоровье человека.

Основные источники загрязнения свинцом питьевой воды.

Методы определения ионов свинца в растворах

Источники информации представлены в п.4. Библиография.

По материалам сделано обобщение.

Значение воды для организма человека

Вода - важнейшая составляющая среды нашего обитания. После воздуха, вода второй по значению компонент, необходимый для человеческой жизни. Насколько важна вода свидетельствует тот факт, что ее содержание в различных органах составляет 70 - 90%. С возрастом количество воды в организме меняется. Трехмесячный плод содержит 90% воды, новорожденный 80%, взрослый человек - 70%. Вода присутствует во всех тканях нашего организма, хотя распределена неравномерно.

Таблица 1. Содержание воды в органах и тканях организма человека.

Сегодня, как никогда, нашему организму очень важно получать чистую воду со сбалансированным минеральным составом.

Вода необходима для поддержания всех обменных процессов, она принимает участие в усвоении питательных веществ клетками. Пищеварение становится возможным только тогда, когда пища приобретает водорастворимую форму. Измельченные крохотные частицы пищи обретают способность проникать сквозь ткани кишечника в кровь и внутриклеточную жидкостью. Более 85% всех обменных процессов нашего организма происходит в водной среде, поэтому недостаток чистой воды неизбежно приводит к образованию свободных радикалов в крови человека, что приводит к преждевременному старению кожи и, как следствие, образованию морщин.

Потребление чистой воды обеспечивает нормальную работу внутренних органов. Хорошее снабжение организма чистой водой помогает бороться с избыточным весом. Это выражается не только в уменьшении чрезмерного аппетита, но и в том, что достаточное количество чистой воды способствует переработке уже накопленного жира. Эти жировые клетки с помощью хорошего водного баланса становятся способными покидать наше тело.

Вода является теплоносителем и терморегулятором. Она поглощает излишки тепла и удаляет его, испаряясь сквозь кожу и дыхательные пути. Вода увлажняет слизистые оболочки и глазное яблоко.

Взрослый человек в состоянии прожить без пищи больше месяца, без воды же несколько дней. Обезвоживание организма на 10% приводит к физической и психической недееспособности. Потеря 20% воды приводит к смерти. В течение суток от 3 до 6% воды, содержащейся в организме, подвергается обмену. Половина воды, содержащейся в организме, обменивается в течение 10 дней. Суточная потребность взрослого человека составляет около 2.5 л.

Чистая питьевая вода разжижает кровь, борется с усталостью, помогает сердечно-сосудистой системе, борется со стрессом. Здоровый образ жизни основан на правильном питании, физической активности и потреблении чистой воды.

1.2 Влияние ионов свинца на здоровье человека

Свинец является одним из наиболее токсичных металлов и включен в списки приоритетных загрязнителей рядом международных организаций, в том числе ВОЗ, ЮНЕП, Американским агентством по контролю за токсичными веществами и заболеваниями (CDC), и другими аналогичных государственными организациями в различных странах.

Свинец – это тяжелый металл, токсичен, токсичная доза 1–3 г, смертельная доза для человека 10 г, является канцерогеном. Следы отравления начинают проявляться, когда количество свинца превышает 40-60 мг/100 мл.

Это вещество крайне токсично и имеет свойство накапливаться в организме, что при регулярном употреблении даже микроскопических доз способно вызывать тяжёлые отравления как в острой, так и в хронической формах.

Соединения свинца в водопроводной воде остаются одним из важнейших факторов вредного воздействия на здоровье человека. По требованиям СанПин концентрация соединений свинца в питьевой воде не должна превышать 0,01 - 0,03 мг/л.

Постоянное попадание в организм малых доз свинца опасно, так как этот металл имеет свойство накапливаться в органах и тканях, вызывая хронические отравления. Практически нет органов, в которых свинец не накапливался бы, но больше всего он оседает в ногтях, волосах и деснах, поражается периферическая нервная система, печень и почки.

Свинец вызывает гибель клеток крови, что приводит к тяжелым анемиям, так как красные кровяные тельца теряют свою способность переносить кислород. Свинец вмешивается в физико-химические механизмы работы сердца, поражает почки и печень, но наиболее характерны изменения со стороны нервной системы. Свинец влияет на синтез белка. Препятствует окислению жирных кислот, нарушает белковый, углеводный и липидный обмены. Кроме того, свинец блокирует поступление в организм витамина D, который способствует накоплению кальция в костях.

Особенно свинец опасен для детей. По данным статистики, около 4 миллионов детей в мире страдают последствиями отравления свинцом. Его токсическое действие связано с подавлением воспроизводства гемоглобина и дезактивацией энзимов в головном мозгу и нервной системе. В зависимости от концентрации свинца в организме это приводит к патологии разной степени тяжести.

Все вышеперечисленные опасности для человеческого организма должны побуждать людей внимательно относиться к тому, что они пьют. Анализ воды из колодца, водопровода или скважины – это в наши дни уже не роскошь, а жизненная необходимость для предотвращения многих заболеваний.

Основные источники загрязнения свинцом питьевой воды

Посчитано, что основная доля свинца (до 90% от общего содержания) попадает в организм человека с загрязненной питьевой водой и продуктами питания. Соединения свинца в водопроводной воде остаются одним из важнейших факторов вредного воздействия на здоровье человека.

Считается, что водопроводная вода чистая. Ведь наши города и муниципалитеты обязаны обеспечивать потребителей безопасной питьевой водой. К сожалению, наличие в ней свинца не является проблемой некачественных водоочистных сооружений, но вызвано именно трубами и сантехническим оборудованием, по которым вода попадает в наши дома.

В то время как свинец является естественным элементом, он обычно не встречается в источниках подземных вод. Наиболее распространенной причиной попадания свинца в водопроводную воду являются трубы, по которым она подается потребителям.

Дома, построенные до 1986 года, скорее всего, содержат проблемную свинцовую сантехнику. Латунные смесители, охладители, клапаны способствуют повышению уровня свинца. Частные колодцы, оснащенные элементами, содержащими свинец, также представляют угрозу. Реакция между водой и свинцовыми трубами или припоем, называемая коррозией, позволяет вводить свинец в воду, которая попадает к нам через кран. Однако, более новая конструкция не избегает проблем. В современных домах и структурах чаще установлены медные трубы, но припой, используемый для того, чтобы соединять эти трубы, является главной причиной загрязнения сегодня.

Источники попадания ионов свинца в водопроводную воду:
- старые водопроводные трубы;

-свинецсодержащие материалы в водопроводных системах;
- свинцовые спайки швов для труб;
- «мягкие» припои (самый известный – «третник» – сплав свинца с оловом) – способ соединения труб между собой;
- свинец, растворенный в природной воде;

- свинец загрязнителей, попадающих в природную воду различными путями (например, бензин).

1.4 Методы определения ионов свинца в растворах

1.41 Качественный анализ.

Наличие ионов свинца в растворе можно определить, используя различные методы качественного и количественного анализа. В условиях школьной лаборатории определить присутствие ионов свинца в образцах водопроводной воды можно, использовав различные методы качественного анализа.

В качественном анализе находят применение только те реакции, которые сопровождаются какими-либо хорошо заметными для наблюдателя внешними эффектами: изменением окраски раствора; выпадением или растворением осадка; выделением газов, обладающих запахом или цветом, и т.п. Такие реакции называются реакциями «открытия», так как с их помощью обнаруживаются присутствующие в растворе ионы.

1.42 Реакции катиона свинца Pb²⁺

1. Соляная кислота HCl или растворимые хлориды осаждают из умеренно концентрированных растворов солей свинца белый хлопьевидный осадок хлорида свинца, легко растворимый в горячей воде.

Pb(NO₃)₂ + 2HCl = PbCl₂↓ + 2HNO₃

Pb²⁺ + 2CL^- = PbCl₂↓

2. Едкие щелочи из растворов солей свинца осаждают гидроксид свинца – осадок белого цвета:

Pb(NO₃)₂ + 2KOH = Pb(OH)₂ ↓ + 2KNO₃

Pb²⁺ + 2OH^- = Pb(OH)₂↓

Гидроксид свинца обладает амфотерными свойствами, поэтому растворяется в разбавленной азотной кислоте или уксусной кислоте и в избытке щелочи:

3. Серная кислота или растворимые сульфаты выделяют из свинцовых солей трудно растворимый сульфат свинца – осадок белого цвета:

Pb(NO₃)₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ ↓ + 2HNO₃

Pb²⁺ + SO₄^2- = PbSO₄ ↓

4. Иодид калия KI, взаимодействуя со свинцовыми солями, дает желтый осадок иодида свинца, растворимый в горячей воде:

Pb(NO₃)₂ + 2KI = PbI₂↓+ 2KNO₃

Pb²⁺ + 2I^- = PbI₂↓

Реакцию проводят при рН = 3-5, в избытке иодида калия осадок иодида свинца (II) растворяется, образуя комплексное соединение K₂[PbI₄].

5. Хромат калия K₂CrO₄ и хромат натрия Na₂CrO₄ выделяют из растворов солей свинца желтый осадок хромата свинца:

Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄ = PbCrO₄↓ + 2KNO₃

Pb²⁺ + CrO₄^2- = PbCrO₄↓

Осадок не растворяется в уксусной кислоте, но растворяется в щелочах.

Глава 2. Экспериментальная часть

Изучив способы определения ионов свинца, мы выбрали методы качественного анализа, поскольку эти методы просты в исполнении в условиях школьной лаборатории.

2.1 Определение ионов свинца в водопроводной воде

Мы сделали забор водопроводной воды в современных многоэтажных домах, расположенных на разных улицах микрорайона Кольцово: Испытателей, Атмосферная, Реактивная, Авиаторов. А также нами был сделан забор водопроводной воды в жилом доме барачного типа, построенного в сороковых годах прошлого века, по улице Стартовая.

Для обнаружения ионов свинца в пробах исследуемой воды использовали реактивы: иодид калия, серную кислоту, хлорид калия и хромат натрия.

Определение ионов свинца с помощью иодида калия KI .

Иодид калия образует с ионами свинца (II) желтый осадок йодида свинца (II). Чувствительность данного метода составляет 0,1 мг в 5 мл раствора.

Ход эксперимента:

В пробирку налили 10 мл исследуемого образца воды, добавили 1 мл раствора иодида калия, а затем 2н раствор уксусной кислоты. Пробирку нагрели, затем охладили содержимое пробирки под струей холодной воды.

Если в исследуемом образце содержатся ионы свинца, то мы будем наблюдать появление блестящих золотистых кристаллов иодида свинца (II). Эта специфическая для Рb²⁺ реакция является одной из наиболее красивых реакций в аналитической химии.

Для каждого образца водопроводной воды провели три исследования. Наблюдения записали в таблицу.

Таблица 2 Определение наличия ионов свинца в образцах водопроводной воды. Реактив на катион Pb²⁺ иодид калия.

На основании экспериментальных данных, водопроводная вода, взятая в многоэтажных домах, расположенных на улицах Испытателей, Атмосферная, Реактивная, Авиаторов, не содержит ионов свинца, так как в ходе эксперимента вода не изменила своих качеств, помутнения, изменения цвета и осадка не обнаружено.

Водопроводная вода, взятая в жилом доме барачного типа по улице Стартовая, содержит ионы свинца, в ходе эксперимента наблюдали образование небольшого количества золотистых кристаллов.

Определение ионов свинца с помощью серной кислоты H₂SO₄.

Если в воде содержатся соединения свинца, выпадет осадок белого цвета - сульфат свинца (II).

 Стоит отметить, выпадение такого же с виду осадка – характерная реакция и на барий-ион. Как можно быть уверенным, что это не сульфат бария? Для этого надо провести контрольную реакцию: добавить к осадку раствор сильной щелочи, после чего нагреть пробирку. Если это именно сульфат свинца, то осадок постепенно исчезнет, из-за образования растворимой комплексной соли. Реакция идет по такой схеме:

PbSO₄ + 4NaOH = Na₂[Pb(OH)₄] + Na₂SO₄.

Сульфат бария при таком же контрольном испытании останется в виде осадка.
Ход эксперимента:

В пробирку налили 10 мл исследуемого раствора, добавили 2–3 капли разбавленной серной кислоты. Наблюдения записали в таблице.

Таблица 3. Определение наличия ионов свинца в образцах водопроводной воды. Реактив на катион Pb²⁺ серная кислота.

Чтобы исключить наличие в образце № 5 ионов бария, в пробы № 1, 2, 3 с осадком мы добавили раствор сильной щелочи и нагрели пробирку. Наблюдали исчезновение осадка, что говорит о наличии ионов свинца в исследуемых пробах. Следовательно водопроводная вода образца № 5, взятая в жилом доме барачного типа по улице Стартовая, содержит ионы свинца.

Исследуемые образцы водопроводной воды улиц Испытателей, Атмосферная, Реактивная, Авиаторов, не содержат ионов свинца, так как в ходе проведения эксперимента вода не изменила своих качеств, помутнения, изменения цвета и осадка нами не обнаружено.

Определение ионов свинца с помощью хлорида калия.

Ход эксперимента:

В пробирку налили 10 мл исследуемого раствора, добавили 2–3 капли раствора хлорида калия. Наблюдения записали в таблице.

Таблица 4. Определение наличия ионов свинца в образцах водопроводной воды. Реактив на катион Pb²⁺ хлорид калия.

Исследуемые пробы водопроводной воды улиц Испытателей, Атмосферная, Реактивная, Авиаторов, не содержат ионов свинца, так как в ходе проведения эксперимента с хлоридом калия вода не изменила своих качеств, помутнения, изменения цвета и осадка нами не обнаружено. Исследуемые пробы водопроводной воды улицы Стартовая содержат ионы свинца, так как в ходе эксперимента с хлоридом калия наблюдали помутнение воды, вода изменила цвет.

Определение ионов свинца с помощью хромата натрия Na₂CrO₄.

Если исследуемая проба воды содержит ионы свинца, то при добавлении хромата натрия мы будем наблюдать выпадение желтого осадка. Осадок не растворяется в уксусной кислоте, но растворяется в щелочах. Эта реакция на ионы Рb²⁺ является наиболее чувствительной.

Ход эксперимента:

В пробирку налили 10 мл исследуемого раствора, добавили 2 – 3 капли раствора хромата натрия. Осадок хромата свинца (II) не растворился в уксусной кислоте, но растворился в щелочи. Наблюдения записали в таблице.

Таблица 5. Определение наличия ионов свинца в образцах водопроводной воды. Реактив на катион Pb²⁺ хромат натрия.

В ходе проведения эксперимента с пробами водопроводной воды улиц Испытателей, Атмосферная, Реактивная, Авиаторов, вода не изменила своих качеств, помутнения, изменения цвета и осадка мы не наблюдали. В пробах водопроводной воды улицы Стартовая наблюдали помутнение и выпадение небольшого количества осадка желтоватого цвета, который растворился в щелочи, но не растворился в уксусной кислоте. Следовательно все пробы водопроводной воды не содержат ионов свинца, кроме проб с улицы Стартовая.

Заключение

Изучив различные источники информации, я выяснил, что вода имеет огромное значение для человека и ее качество влияет на здоровье человека.

Свинец и его соединения крайне токсичны и имеют свойство накапливаться в организме, при регулярном употреблении даже микроскопических доз способны вызывать тяжёлые отравления. Соединения свинца в водопроводной воде остаются одним из важнейших факторов вредного воздействия на здоровье человека. Наиболее распространенной причиной попадания свинца в водопроводную воду являются трубы, по которым она подается потребителям.

Мы предполагали, что в условиях школьной лаборатории с помощью методов качественного анализа, сможем определить наличие ионов свинца в водопроводной воде микрорайона Кольцово.

Для проверки данной гипотезы мы сделали забор водопроводной воды в современных многоэтажных домах, где новое сантехническое оборудование. А также нами был сделан забор водопроводной воды в жилом доме барачного типа, построенного в сороковых годах прошлого века. В этом доме водопроводные трубы не менялись с момента его постройки, сантехническое оборудование находится в очень плохом состоянии.

Экспериментальные данные подтвердили нашу гипотезу. Мы обнаружили наличие ионов свинца в водопроводной воде жилого дома барачного типа по улице Стартовая. Видимо причиной содержания вредных примесей свинца являются старые водопроводные трубы.

С помощью методов качественного анализа не смогли обнаружить ионы свинца в образцах воды, которые взяли в новых современных домах микрорайона Кольцово, где новое сантехническое оборудование. Мы предполагаем, что данные образцы водопроводной воды могут содержать ионы свинца, но в ничтожно малых количествах, в пределах допустимой нормы. Чтобы подтвердить правильность наших предположений, необходимо провести количественный анализ.

Поэтому я планирую продолжить работу над моим проектом, а именно: с помощью количественных методов анализа определить содержание ионов свинца в водопроводной воде микрорайона Кольцово.

Библиография

Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России /В.Ф. Протасов /Учебное и справочное пособие. М.: - Наука, 2002.

Интернет-ресурсы

https://kvanta.ru/kontakty

https://potrebitel-expert.ru/

https://water-filter-spb.ru/vse-o-vode/normy-kachestva-vody/osnovnye-pokazateli-pitevoj-vody/

https://vione.ru/blog/vse-o-vodorodnoy-vode/normy-kachestva-vody-v-rf/

https://elementy.ru/

http://www.eco.nw.ru/lib/data/14/5/050514.pdf

https://laboratoria.by/stati/svinec-i-chelovek

https://cyberleninka.ru/article/n/kliniko-toksikologicheskaya-harakteristika-svintsa-i-ego-soedineniy