XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение физических свойств воды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ахмарова А.А. 1

---

1МБОУ "СОШ №1 г. Строитель Яковлевского городского округа Белгородской области"

Малакеева В.Н. 1

---

1МБОУ "СОШ №1 г. Строитель Яковлевского городского округа Белгородской области"

Работа в формате PDF

199.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Вода – это самое удивительное вещество на планете Земля. Она является основой жизни на земле, служит верным спутником человека на протяжении всего его пути, Ведь именно это вещество принимает участие в большом количестве процессов, происходящих на нашей планете. Не зря планету называют «голубой».

Человек не задумываемся, почему фраза "вода - это жизнь" актуальна и значима для нас. Может это происходит потому, что проблема нехватки воды для нас никогда не существовала. Хотя в мире достаточно много людей, которые каждый день борются за литр воды и готовы отдать все за глоток живительной влаги.

В 21 веке проблема рационального использования и охраны водных ресурсов становится одной из самых острых как во всём мире, так и в России. Именно поэтому тема моего проекта является актуальной. Давайте будем небезразличными к миру, в котором мы живем.

Гипотеза:

Если о значении воды мы будем больше знать и рассказывать другим, то к воде станем относиться более бережно.

Цель: исследовать водные ресурсы, выявить пути решения проблемы их рационального использования.

Задачи:

Изучить литературу по данной теме.

Выяснить значение воды в жизни человека

Провести практические опыты, эксперименты с водой по изучению ее свойств и экономному расходованию.

Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Часть 2. Вода – это жизнь на Земле

Своё исследование начала с выяснения, почему слово «вода» на очень многих языках мира звучит почти одинаково. И вот что мы узнали: появление этого слова уходит своими корнями глубоко в историю происхождения русского языка. Слово «вода» — славянское по происхождению, известно в русском языке с XI в. и образовано от той же общеславянской основы, что и слово «ведро». Слова с похожим значением и написанием встречаются во многих языках. Например, в литовском (vanduo), готском (wato), древнеиндийском (uda), английском (water), латинском (unda). Производные: водный, водяной, водянистый, наводнение.

Вода — удивительная жидкость. У неё нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Калорийность воды равна нулю. Некоторые люди называют её настоящей загадкой. В воде удивительным образом сочетается как простота, так и сложность. Казалось бы: в молекуле воды всего три атома — один кислорода, и два водорода. Тем не менее, учёным всё ещё не ясно до конца, как действуют эти молекулы. Но точно известно одно: не будет воды — не будет и жизни на Земле.

Вода в жизни человека играет огромную роль. Без неё не проживут ни люди, ни растения, ни животные. Ни огромный слон, ни микроскопические бактерии не обойдутся без этой живительной жидкости. Каждый живой организм примерно на 80 % состоит из воды. Без неё не вырастет урожай на полях, а соответственно — не будет продуктов питания. Итак, совершенно очевидно: без воды жизнь на планете быстро бы прекратилась, и заменить её нам было бы нечем.

Исследование 1. Значение воды для растений

Цель:  убедиться в том, что вода играет большое значение для растительного мира

Оборудование: сосуд с водой, два растения

Дата исследования: 12 июня-22 июня 2020 года

Ход выполнения работы:

Один цветок поливали водой в течение 10 дней, другой не поливали

Вывод: не политый цветок завял. Без неё не вырастет урожай на полях, а соответственно и не будет продуктов питания.

Возьмем семечко огурца. Положим его в блюдце на влажную ткань. Ежедневно смачиваем ткань водой. Через пять дней семечко проросло.

Вывод: вода – это жизнь на Земле. Она является универсальным растворителем, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что жидкость хорошо растворяет органические и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений.

Работа с интернетом, изучение литературы.

Из интернета я узнала, что наша планета сохраняет свою атмосферу, и в свою очередь богатые запасы жидкой воды в частности сильному магнитному полю, которая защищает, от солнечного ветра. Без этого магнитного поля атмосферу просто сдуло бы, и наша планета стала бы похоже больше на другие планеты. Ученые считают, что древние океаны Венеры испарились. Из воды на поверхности углекислый газ накапливается в атмосфере, приводя к парниковому эффекту, который и создал современные условия. Аналогично, похоже, что давным-давно океаны были и на Марсе, но магнитное промышленности, так как от солёной воды будет ржаветь любой механизм. Поэтому, хотя морской воды на Земле и много, использовать её практически негде, разве что только сделать её пресной, но это стоит очень дорого. Только пресная вода по-настоящему ценна для жизнедеятельности человека. Но её у нас не так и много — всего 3 % от общего объёма всей воды на планете. И в основном вся пресная вода (на 99 %) сосредоточена в ледниках, на горных вершинах и протекает в глубинах земли. Выходит, что человечество располагает только одним процентом от всех запасов пресной воды. Поэтому научным подходом к её потреблению является рациональное использование водных ресурсов, охрана водных пространств от загрязнения, восстановление экосистем. Поле красной планеты потеряло силу оставив ее уязвимой. Кажется, что дальше, от Солнца в почти замораживающих условиях солнечной системы жидкая воды существовать не может, однако она не только существует, но кое- где ее больше чем на нашей планете. Как минимум, у трех спутников Юпитера есть океаны, у Европы, Ганимеда и Каллисто. Европу пересекают ледяные трещины, и почти прямоугольные черты. Исследователи считают, что под этими айсбергами прямо под ледяной коркой находится океан подогреваемый приливными силами Юпитера, и содержащий примерно в двое больше воды чем на нашей Земле. В 2014 и 2016 космический телескоп Хаббл наблюдал на планете струи водяного пара бивший из трещин южного полюса.  В 2005 году космический аппарат NASA "Кассини" застал спутник Сатурна Энцелад деловитым пыхтением водяного пара, и органическими соединениями через разломы, сейчас они известны как тигровые полосы. Эксперты полагают, что под водяной мантией скрывается силикатное ядро, разогретое до температуры более 700 градусов Цельсия, радиусом 180-185 километров. Толщина льда, под которым скрывается водяной океан.

Вывод: Вода вне планеты Земля, являются объектами сильного научного интереса, так как предполагают существование внеземной жизни. Однако Земля, 71 % поверхности которой покрыта водными океанами, является на данный момент единственной известной в Солнечной системе планетой, содержащей воду в жидком состоянии.

В атмосфере нашей планеты вода находится в виде маленьких капель, в облаках и тумане, а также в виде пара. При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса).

Большая часть воды на Земле находится в океанах и морях. Мировой океан содержит более 97,54 % земной воды, подземные воды — около 0,63 %, ледники — 1,81 %, реки и озера — 0,009 %, материковые солёные воды — 0,007%, атмосфера — 0,001 %. Но, как известно, морская вода содержит в себе большое количество соли. Если бы человек пил только морскую воду, то он быстро бы умер от жажды и обезвоживания, поскольку организм не способен справляться с чрезмерным количеством соли. Непригодна морская вода и для сельского хозяйства — она просто погубит урожай. Не применишь её и в промышленности, так как от солёной воды будет ржаветь любой механизм. Поэтому, хотя морской воды на Земле и много, использовать её практически негде, разве что только сделать её пресной, но это стоит очень дорого. Только пресная вода по-настоящему ценна для жизнедеятельности человека. Но её у нас не так и много — всего 3 % от общего объёма всей воды на планете. И в основном вся пресная вода (на 99 %) сосредоточена в ледниках, на горных вершинах и протекает в глубинах земли. Выходит, что человечество располагает только одним процентом от всех запасов пресной воды. Поэтому рациональное использование водных ресурсов является основной задачей человечества. Ведь человеческое тело содержит от 50 % до 75 % воды, в зависимости от веса и возраста. Потеря организмом человека более 10 % воды может привести к смерти.

Часть 3. Практическая часть

Изучение исследований питьевой воды в Белгородской области и в г. Строитель Яковлевский городской округ

Питьевая вода в городе Строитель Белгородской области «поставляется» подземными источниками. Она представляет очищенную от микроорганизмов и вредных примесей жидкость. Пригодность воды для питья при её обеззараживании перед подачей в водопровод оценивается по количеству кишечных палочек на литр воды, поскольку кишечные палочки распространены и достаточно устойчивы к антибактериальным средствам, и если кишечных палочек будет мало, то будет мало и других микробов. Если кишечных палочек не больше, чем 3 на литр, вода считается пригодной для питья. (Приложение 1. Таблица «Химический состав и свойства водопроводной воды в Белгородской области»)

Первый показатель – жесткость. Она в воде обусловлена ионами кальция. Минимальное значение концентрации ионов кальция обнаружено нами в Прохоровке (104 мг-л-1) и максимальное - в Ровеньках (156 мг-л-1). Превышение физиологического норматива 130 мг-л-1 отмечается в трех районных центрах (Строитель, Губкин и Ровеньки).

Концентрация ионов магния значительно меньше и в большинстве районов составляет 19 — 39 мг-л-1. Меньшее содержание магния наблюдается в водопроводной воде г. Строитель (12 мг-л-1) и п. Прохоровка (7 мг-л-1). Последнее значение приближается к нижней границе норматива физиологической полноценности (5 мг-л-1).
В питьевой воде указанных районных центров наблюдается явный дисбаланс этих важнейших макрокатионов пресных подземных вод. В водоносных горизонтах, содержащихся в осадочных породах, количество кальция обычно в 2 — 4 раза выше, чем магния. В водах изверженных пород это соотношение может изменяться в сторону увеличения количества магния. В исследованных нами подземных водах, используемых для централизованного водоснабжения, отношение концентраций ионов Са2+ и Мд2+ (выраженных в ммоль-эквивалентах на литр) в большинстве проб также составляет 2 — 4 (табл.).
Однако в воде г. Строитель и пос. Прохоровка количество ионов кальция больше, чем ионов магния, соответственно в 6,8 и 9 раз. Некоторые исследователи считают, что отмечаемое благоприятное влияние жестких вод на сердечно — сосудистую систему обусловлено ионами магния. У населения, употребляющего воду с низким содержанием магния, обнаружена более высокая заболеваемость коронарной болезнью. Ион кальция обычно бывает антагонистом иона магния в биохимических процессах. Так, ионы кальция подавляют активность многих ферментов. Рассматривая биохимическую роль катионов кальция и магния, следует отметить определенную защитную функцию кальция в организме человека — его способность конкурировать с ионами тяжелых металлов за специфический белок. Ионы кальция способствуют уменьшению токсичности тяжелых металлов. О физиологическом значении кальция и магния, последствиях для здоровья избыточного и недостаточного содержания их в питьевой воде более подробно было сказано в предыдущей публикации. В результате исследований ряда авторов были установлены минимальные и максимальные концентрации ионов Са2+ и Мд2+ в питьевых водах, вызывающие нарушение функции органов и систем организма человека. При этом отмечается, что для вод гидрокарбонатного класса оптимальным следует считать концентрации: Са2+ 60 мг-л-1, Мд2+ 26 мг-л-1. Содержание кальция во всех исследованных нами водах превышает указанную концентрацию, а магния — ближе к оптимальному значению.

Следующим показателем качества питьевой воды является содержание общего железа. Результаты, представленные в таблице, показывают, что в водопроводной воде всех указанных районов концентрация железа превышает предельно допустимую (0,3 мг-л-1) в 1,6 — 7,6 раза. Наиболее высокие концентрации железа выявлены в водопроводной воде в Чернянке, Новом Осколе и Грайвороне. Железо, как и другие жизненно необходимые (эссенциальные) элементы, при превышении гомеостатических концентраций может проявлять токсические свойства. Избыточное железо может индуцировать реакции свободнорадикального окисления липидов с последующим повреждением мембран митохондрий, микросом и других клеточных органелл. Накопление избыточного количества железа приводит к нарушениям функции печени, поджелудочной железы, расстройству деятельности желез внутренней секреции и сердечно — сосудистой системы. Существуют эпидемиологоческие данные о зависимости концентраций железа и сердечно — сосудистых заболеваний.

Выводы:

Проведенные исследования качества питьевой воды централизованной системы водоснабжения в 12-ти районных центрах Белгородской области позволяют сделать следующие выводы: По общей минерализации и кислотно-основным свойствам (рН) питьевая вода в городе Строитель удовлетворяет гигиеническим требованиям и относятся к группе умеренно минерализованных, практически нейтральных природных вод. Вся питьевая вода региона безопасна. Патогенной микрофлоры в ней нет, случаев инфекционных заболеваний из-за питьевой воды не было уже много лет. Удельный вес неудовлетворительных анализов питьевой воды по микробиологическим показателям в нашем городе составляет всего 4,7%.

Изучение физических свойств воды, химических и санитарно- бактериологических показателей

Физические показатели: температура, запах, привкус, цветность, мутность, прозрачность, электропроводность.

Химические показатели: водородный показатель (рН), окислительно-восстановительный потенциал, общая минерализация (сухой остаток), жесткость, кислотность, щелочность, окисляемость, микроэлементы, ионный состав, радиоактивные вещества.

К санитарно-бактериологическим показателям относятся: микробиологические и паразитологические. (Приложение 9. Таблица «Требования и нормативы к питьевой воде»

Судить о качестве воды и ее соответствии или несоответствии установленным   нормам можно только на основании максимально полного химического и бактериологического анализа. Только на основе анализа можно делать   окончательный вывод о той проблеме или комплексе проблем, с которыми придется иметь дело.

    Для исследования   взяла три образца воды: дистиллированная вода, вода водопроводная, которую очистили через фильтр для очистки воды, обычная водопроводная вода.

                                   Опыт №1. Определение цвета воды

Налили в стаканы каждый образец воды. С обратной стороны приложила к ним лист белой бумаги. Рассмотрим цвет (Приложение 2. Таблица «Определение цвета воды»).

    Вывод: Все образцы прошли это испытание. Во всех сосудах вода не имеет оттенок, бесцветна. Присутствие в воде растворенного железа и марганца - такая вода первоначально прозрачна, но при отстаивании или нагревании приобретает желтовато - бурую окраску, что является причиной ржавчины подтеков на сантехнике

                                     Опыт № 2. Определение запаха воды

     Необходимо определить запах воды. Для этого нужно будет нагреть воду до 50-60С, для этого нам понадобится термометр. Когда вода будет нагрета, при помощи вращательных движений определим запах (Приложение 3. Таблица «Определение запаха воды»).

     Вывод:      В 3-ом образце обнаружен запах хлора.

                                   Опыт № 3. Определение РН-фактора воды

    Определить PH-фактор воды. Я налила воду в стаканы и опускала лакмусовые бумажки. Пронаблюдала за изменением цвета (Приложение 4. Таблица «Определение РН-фактора воды»).

Вывод: 1,2 образец прошли испытания, а вот 3-тый нет, так как в воде содержится щелочь.

Опыт № 4. Определение кислорода  в воде

Налила воду в стаканы и оставила на сутки. На стенках ёмкости появились пузырьки, что означает наличие кислорода в воде, чем больше кислорода в воде, тем больше пузырьков (Приложение 5. Таблица «Определение кислорода  в воде»).

Вывод: 1 и 2 образцы воды не содержат кислорода.

                               Опыт № 5. Наличие в воде органических примесей

     В каждый образец нужно добавить раствор перманганата калия (марганцовки), и если окраска останется прежней, значит, что органических веществ воде не содержится (Приложение 6. Таблица «Наличие в воде органических примесей»).

Вывод: 1,2 образец прошли испытание, а в 3-ом образце были обнаружены  органические вещества.

                              Опыт № 6. Проверка воды на наличие масел

     Проверка воды на наличие масел. Для этого нам понадобиться химический препарат под названием камфара. Я брошу её в каждый образец, и если камфара начнёт кружиться, это значит, что в воде присутствуют масла. Я добавлю в опытные образцы воды марганцовку, чтобы было лучше видно, перемещаются ли кусочки камфары (Приложение 7. Таблица «Проверка воды на наличие масел») (Видеоролик).

Вывод: 3 образец не прошёл проверку.

                                Опыт № 7. Определение жёсткости воды

     Определить жёсткость воды. У меня нет в наличии приборов, как в лаборатории, поэтому я буду воду кипятить. При воздействии высоких температур будут осаждаться соли кальция и магния и будет образовываться накипь (Приложение 8. Таблица «Определение жёсткости воды»).

Вывод: 3 образец не прошёл проверку.

В результате проделанной мною работы я делаю вывод, что лучше всех дистиллированная вода. Она прошла все испытания, но такую воду постоянно употреблять нельзя т. к. в ней нет солей, которые нужны человеку. Лучше всего пить воду, очищенную через фильтр.

Заключение

Питьевая вода в городе Строитель Белгородской области «поставляется» подземными источниками. Она представляет очищенную от микроорганизмов и вредных примесей жидкость. Проведенные исследования качества питьевой воды централизованной системы водоснабжения в 12-ти районных центрах Белгородской области позволяют сделать следующие выводы: по общей минерализации и кислотно-основным свойствам (рН) питьевая вода в городе Строитель удовлетворяет гигиеническим требованиям и относятся к группе умеренно минерализованных, практически нейтральных природных вод. Вся питьевая вода региона безопасна. Патогенной микрофлоры в ней нет, случаев инфекционных заболеваний из-за питьевой воды не было уже много лет.

Список литературы и информационных источников

1. Лебедева, М.И., Анкудимова, Н.А. Экология: учебное пособие / М.И.Лебедева, Н.А.Анкудимова.- Тамбов: ТГТУ, 2002.- 80 с.

2. Кононович, Ю.В. Экология городской среды: учебное пособие / Ю.В.Кононович.- М.: МГСУ, 2005.- 80 с.

3. Павлов, А.Н. Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности: учебное пособие / А.Н.Павлов.- Высшая школа, 2005.- 342 с.

4. https://ru.wikipedia.org/

5. https://rg.ru/2016/03/17/reg-cfo/obshchestvennost-tambova-spasaet-reku-ot-unichtozheniia.html

6. http://www.kremlin.ru/events/president/news/53151

Приложение

Приложение 1

Приложение 2. Таблица «Определение цвета воды»

Приложение 3. Таблица «Определение запаха воды»

Приложение 4. Таблица «Определение РН-фактора воды»

Приложение 5. Таблица «Определение кислорода  в воде»

Приложение 6. Таблица «Наличие в воде органических примесей»

Приложение 7. Таблица «Проверка воды на наличие масел»

Приложение 8. Таблица «Определение жёсткости воды»

Приложение 9. Таблица «Требования и нормативы к питьевой воде»