XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование состава и свойств воды из природных и техногенных источников, а также ее способность влиять на живые организмы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Якимова С.С. 1

---

1Гимназия 41, Новоуральск

Лешенкова Л.С. 1Якимов С.М. 2

---

1Гимназия 41, Новоуральск

2АО УЭХК

Работа в формате PDF

8.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы исследования

Вода – источник жизни на Земле, но как много мы знаем об этом удивительном веществе? Даже ученые до сих пор не владеют всеми его тайнами. Однако для того чтобы вода стала действительно полезной составляющей жизни, нужно не только знать ее химическую формулу, но и состав воды, которая течет из водопровода дома или из скважины, и можно ли считать ее пригодной для питья.

Ведь водопроводная вода из крана часто далека от стандартов качества для питьевой воды. Таким образом, тема чистоты воды и пригодности ее для питья актуальна на сегодняшний день и не потеряет актуальность и в будущем.

Определение объекта, предмета и гипотезы

Объект исследования – вода, растения

Предметы исследования:

– вода из источников, доступных в городе Новоуральск и его окрестностях:

1. Холодная вода из-под крана

2. Вода питьевая магазинная

3. Вода из природного источника,

– 5 сортов микрозелени:

1. редис листовой,

2. славянская смесь,

3. зеленый горошек,

4. кукуруза сахарная,

5. кольраби.

Дополнительно были исследованы образцы горячей воды из-под крана и минеральной воды.

Гипотеза – вода из-под крана, вероятнее всего, менее пригодна для питья и для живых организмов, чем вода из природных источников или питьевая вода из магазина.

Целью настоящей работы явилось исследование свойств и состава воды из природных и техногенных источников и оценка пригодности воды для питья в домашних условиях; исследование влияния воды разного состава на живые организмы (растения).

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Оценить качественные показатели воды

2. Оценить количественные показатели воды

3. Определить влияние фильтрования на показатели воды

4. Выбрать наиболее удобный метод оценки воды в домашних условиях.

5. Оценить, влияет ли состав воды на рост живых организмов (растений).

Теоретическая и практическая значимость

Данные о составе и свойствах воды из различных природных и техногенных источников имеют как самостоятельное значение, подтверждающее безопасность того или иного источника, описанного в данной работе, а также могут быть востребованы при анализе пригодности других источников воды в домашних условиях. Результаты экспериментов по влиянию вида воды на рост растений могут быть использованы при поливе растений дома или в саду.

Глава 1. Литературный обзор

Место воды в природе

Вода играет большую роль в нашей жизни. Что бы делало человечество без воды, даже трудно представить. По-видимому, оно просто бы не существовало.

С водой на нашей планете связаны не только жизнь и климат, но и работа большинства отраслей народного хозяйства, особенно водного транспорта. Вода является богатейшим источником энергии – это гидроэнергия рек, энергия приливов, геотермальная и термоядерная энергия [1].

Воде принадлежит огромная роль в природе. В самом деле, ведь именно море явилось первой ареной жизни на Земле. Растворённые в морской воде аммиак и углеводы в контакте с некоторыми минералами при достаточно высоком давлении и воздействии мощных электрических разрядов могли обеспечить образование белковых веществ, на основе которых в дальнейшем возникли простейшие организмы. По мнению К.Э. Циолковского, водная среда способствовала предохранению хрупких и несовершенных вначале организмов от механического повреждения. Суша и атмосфера стали впоследствии второй ареной жизни.

Можно сказать, что всё живое состоит из воды и органических веществ. Без воды человек, например, мог бы прожить не более 2 - 3 дней, без питательных же веществ он может жить несколько недель. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды примерно в 2 раза больше по весу, чем питательных веществ [1].

Вода для человека

Человек занимает одно из ключевых мест во всей природе. Он сам состоит из воды, и в тоже время очень много взаимодействует с водой – пьет ее! Раньше, когда вода в реках и озерах была не загрязнена, воду можно было пить прям из них.

Столетие проходило за столетием, вода в реках становилась более загрязненной и пить ее делалось все опасней. С водой переносились тяжелые заболевания. Города на берегах рек разрастались, население увеличивалось, люди страдали от нехватки чистой питьевой воды [2].

В XVIII веке при царе Петре I стала бурно развиваться промышленность, загрязнившая и почву, и воду. Отходы беспечные люди сбрасывали в реки и пруды. Тогда-то и начались вспышки эпидемий [2].

Таким образом, проблема получения чистой питьевой воды возникла уже более 300 лет назад.

Проверка качества воды

Существует множество способов проверки качества воды. Современные методы основаны на проведении химического, оптического, электрохимического, хроматографического и фотохимического методов анализа [3], имеют высокую точность и позволяют определить множество показателей качества воды, однако имеют один недостаток – провести такие исследования можно только в специальной лаборатории.

Однако, чтобы проверить качество воды, не обязательно иметь под рукой специальные приборы или химические вещества. Проверить качество воды можно и в домашних условиях.

Самый простой эксперимент для определения качества воды — оценка по внешнему виду и по вкусу. Вода должна быть прозрачной, без осадка и посторонних запахов. Для определения степени прозрачности наберите полный прозрачный стакан воды. Попробуйте прочитать текст на бумаге, глядя через стакан с водой. Если это сделать легко — вода прозрачная [4].

Кроме солей жесткости в воде могут быть и другие минеральные вещества. Для примерного определения уровня общей минерализации воды нанесите небольшую её каплю на стекло или зеркало. Подождите, пока жидкость испарится и посмотрите на поверхность: если она осталась чистой — в воде мало минералов. Если после высыхания на стекле остались пятна или разводы, значит вода содержит заметное количество минеральных солей [4].

Бытует мнение, что чем чище вода, тем она легче. Достаточно просто взвесить несколько различных проб воды и обнаружить таким образом самую качественную. Например, чтобы проверить качество водопроводной воды, возьмите её пробу и сравните с пробой воды, взятой из кулера [5].

Существуют и экзотические способы проверки качества воды. Если у вас в доме имеется аквариум с моллюсками Unionidae, то с их помощью вы также можете проверить качество питьевой воды. Если моллюски Unionidae закрывают раковину, находясь в воде, то данная жидкость имеет какое-то количество посторонних примесей [5].

Вода и растения

Растительный организм состоит из воды на 70-95 процентов от массы тела. Она является составной частью каждого его органа. Недостаток жидкости приводит к гибели растения.

Вода помогает выполнять 8 основных функций [6]:

Производить транспортировку питательных веществ к тканям и органам при корневом и листовом питании.

Участвует в процессах фотосинтеза (вода, поглощенная из почвы, обеспечивает водород и кислород. Во время фотосинтеза, углерод и вода используются для синтеза пищи).

Помогает производить терморегулирование, направленное на поддержание постоянной температуры, препятствующей перегреву и разрушению белков.

Создаёт тургорное давление для обеспечения упругости листьев, стеблей.

Помогает прорастать семенам (растения необходимы питательные вещества, но, если они будут сухими, то семя не сможет его усвоить).

Служит средой обитания для некоторых видов.

У некоторых водных и околоводных растений, таких как элодеи, роголистник, валлиснерия перенос пыльцы осуществляется водой.

Многие растения расселяются с помощью воды (например, ивы размножаются вегетативным способом).

Даже самые стойкие растения, растущие в засушливых районах, должны регулярно получать воду. Недостаток жидкости или же полное ее отсутствие может привести к гибели организма.

Глава 2. Теоретическая часть. Методика проведения экспериментов

Подготовка образцов воды

Для проведения исследований были подготовлены 5 образцов воды в бутылках вместимостью 5 литров:

1 - вода холодная из-под крана

2 - вода из магазина покупная

3 - вода из родника

4 - горячая вода

5 - холодная вода из-под крана после фильтра Аквафор 8.

Несмотря на то, что горячая вода из-под крана не предназначена для питья, представляло интерес сравнить ее с холодной водой из-под крана.

Образец № 5 был подготовлен путем фильтрования холодной воды из-под крана через фильтр Аквафор 8.

Приборы и материалы

При проведении работ были использованы следующие инструменты:

- стаканы пластиковые одноразовые;

- стаканы прозрачные стеклянные;

- бумага фильтровальная;

- зеркало;

- пипетка:

- весы;

- воронка пластиковая;

- фотоаппарат;

-кувшин с фильтром Аквафор 8.

Оценка внешнего вида, вкуса, запаха

Для оценки внешнего вида, вкуса и запаха каждый образец воды наливали в пластиковые одноразовые стакан. Внешний вид оценивали визуально. Заведомо пригодную для питья воду пробовали на вкус. Запах оценивали для всех образцов воды.

Определение веса

Для определения веса воды проводили взвешивание одинакового объема воды, взятого от каждого образца, на весах. В связи с тем, что в домашних условиях точный объем воды отмерить было невозможно, за эталон была взята пластиковая банка, которую заполняли исследуемой водой до тех пор, пока вода не начинала подниматься над краем банки.

Результат фиксировали с точностью до 0,001 кг. Перед следующим взвешиванием пустую банку протирали и проверяли ее вес, чтобы не осталось воды от предыдущего взвешивания.

Оценка степени прозрачности и цветности

Для определения прозрачности и цветности образец воды наливали в прозрачный стеклянный стакан. За стакан помещали белый лист с напечатанным текстом. Затем читали текст, расположенный за стаканом. Результат оценивали по тому, на сколько легко было прочитать текст и не был ли искажен фон (цвет бумаги).

Определение количества нерастворимых примесей

Одним из возможных способов определения в воде нерастворимых примесей (грязи) является фильтрование воды через специальную фильтровальную бумагу. От каждого образца отбирали 1,5 л воды в пластиковую бутылку. Фильтр помещали в пластиковую воронку, которую устанавливали в пустую банку вместимостью 5 л. Воду объемом 1,5 л фильтровали через фильтр, установленный в воронке. Бумажный фильтр сушили при комнатной температуре, количество и качество осадка на фильтре определяли визуально.

Определение общего количества примесей

Для примерного определения общей минерализации (растворимые и не растворимые соли и минералы) от каждого образца отбирали пипеткой небольшое количество воды, затем одну каплю отобранной воды из пипетки капали на поверхность зеркала. Ждали пока вода высохнет при комнатной температуре, затем оценивали чистоту поверхности зеркала, на которой была нанесена капелька.

Реакция с марганцовкой

Каждый образец воды помещали в прозрачный стакан, добавляли небольшой количество порошка марганцовки (перманганат калия), получившийся раствор перемешивали ложкой и наблюдали, будет ли цвет раствора розовым или появится оттенок другого цвета. .

Определение жесткости воды

Жесткой называют воду, в которой содержится избыточное количество солей кальция и магния. Жесткая вода пенится плохо. Как правило, жесткая вода находится в природных источниках. Для проведения эксперимента образцы с водой наливали в прозрачные стаканы. В каждый стакан помещали небольшое количество мыла. Наблюдали за прозрачностью получившегося раствора.

Исследование влияния воды разного состава на рост живых организмов

Для оценки способности воды разного состава и свойств влиять на рост живых организмов использовали семена микрозелени. В эксперименте приняли участие 5 разных видов микрозелени, которые были посажены в цветочный грунт и в течении 10 дней поливались разными видами воды. Каждые два дня оценивали скорость роста микрозелени, сравнивая ростки, поливаемые водой разного вида.

Глава 3. Практическая часть. Результаты работы и их обсуждение

Оценка внешнего вида, вкуса и запаха

Результаты оценки всех исследуемых образцов воды приведены в таблице 1. На вкус проверяли только воду из магазина, из родника и из-под крана после фильтрования и кипячения.

Таблица 1 – Результаты оценки внешнего вида, вкуса и запаха

По внешнему виду все образцы выглядели одинаково, без видимого осадка, за исключением холодной воды из-под крана. В холодной воде из-под крана был виден белый мутный осадок, который после наливания воды в стакан медленно поднимался вверх. По-видимому, холодная вода из-под крана содержит какие-то нерастворимые примеси.

По вкусу вода из магазина, вода из родника и вода из-под крана (отфильтрованная и прокипяченная) отличались незначительно, все три образца можно назвать вкусными.

Определение веса

В экспериментах по взвешиванию приняли участие все исследуемые образцы воды. Пример эксперимента по взвешиванию приведен на рисунке 1. Результаты взвешивания приведены в таблице 2.

Рисунок 1 – Эксперимент по взвешиванию холодной воды из-под крана

Таблица 2 – Результаты взвешивания воды

Самой тяжелой водой оказалась вода из родника, самой легкой – холодная вода из-под крана после фильтра. Такие результаты вполне объяснимы, в родниковой воде, скорее всего, содержится наибольшее количество растворенных примесей, а вода, прошедшая через фильтр, прошла хорошую очистку.

Оценка прозрачности и цветности

Результаты исследования прозрачности и цветности приведены в таблице 3. Примеры эксперимента показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 – Эксперимент по определению прозрачности воды

(слева - холодная вода из-под крана, справа - родниковая вода)

Таблица 3 – Результаты определения прозрачности и цветности воды.

Все исследуемые образцы, кроме холодной воды из-под крана, показали хорошую прозрачность. Текст за холодной водой из-под крана был немного размыт, хотя прочитать его было возможно. Цветность воды для всех исследуемых образцов не изменена, белый фон за стаканом с водой оставался белым для всех образцов воды.

Определение количества нерастворимых примесей

Ход эксперимента показан на рисунке 3. Результаты эксперимента показаны на рисунке 4.

На фильтре № 1 (рисунок 4), на котором была отфильтрована холодная вода из-под крана, наблюдается заметный осадок серо-коричневого цвета. На фильтрах № 2, 3, 4 (рисунок 4) каких-либо осадков заметно не было.

Таким образом, холодная вода из-под крана содержит нерастворимые примеси, а об образцах родниковой воды, воды из магазина и горечей воды этого сказать нельзя.

Полученные результаты для холодной воды из-под крана не соответствуют ранее полученным результатам эксперимента по взвешиванию воды, где холодная вода из-под крана оказалась одной из самых легких.

Рисунок 3 – Эксперимент по определению прозрачности воды

Рисунок 4 – Фильтры после фильтрования воды

(1 – холодная вода из-под крана, 2 – питьевая вода из магазина, 3 – питьевая вода из родника, 4 – горячая вода из-под крана)

Определение общего количества примесей

Подготовленные к эксперименту образцы воды показаны на рисунке 5, а результаты эксперимента – на рисунке 6. Дополнительно для эксперимента был взят образец минеральной воды, где содержание минералов было заведомо высоким, таким образом можно было удостовериться в результативности эксперимента.

Рисунок 5 – Подготовка эксперимента по определению общей

минерализации воды

(1 - холодная вода из-под крана, 2 - питьевая вода из магазина,

3 - питьевая вода из родника, 4 - горячая вода, 5 - холодная вода из-под крана после фильтра, 6 – минеральная вода)

Рисунок 6 – Результаты эксперимента по определению общей

минерализации воды

(1 - холодная вода из-под крана, 2 - питьевая вода из магазина,

3 - питьевая вода из родника, 4 - горячая вода, 5 - холодная вода из-под крана после фильтра, 6 – минеральная вода)

Как и ожидалось, самое большое количество солей и минералов в минеральной воде – след № 6.

Далее по количеству солей и минералов следует холодная вода из-под крана (след № 1), питьевая вода из магазина (след № 2). На четвёртом месте горячая вода (след № 4), на пятом месте холодная вода из-под крана, прошедшая фильтр Аквафор (след № 5). Самое меньшее количество солей в родниковой воде (след № 3).

Полученные результаты в целом можно назвать соответствующими ранее полученным данным при фильтровании воды (подраздел 3.4), где холодная вода из-под крана содержала самое большое количество нерастворимых примесей.

В тоже время, результаты данного эксперимента не сходятся с результатами эксперимента по взвешиванию воды, где родниковая вода оказалась самой тяжёлой, а вода из-под крана одной из самых легких.

Реакция с марганцовкой

Эксперимент проводили с четырьмя образцами воды – холодная вода из-под крана, питьевая вода из магазина, вода из природного источника и горячая вода из-под крана. Результаты эксперимента показаны на рисунке 7.

Рисунок 7 – Результаты эксперимента по взаимодействию воды с марганцовкой

(1 - холодная вода из-под крана, 2 - питьевая вода из магазина,

- питьевая вода из родника, 4 - горячая вода)

Результаты эксперимента показали, что при взаимодействии воды с марганцовкой цвет всех образов становился бледно-розовым. Желтого оттенка, который бы свидетельствовал о непригодности воды для питья, обнаружено не было.

Определение жесткости

Эксперимент проводили для трех образцов воды – холодная вода из-под крана, питьевая вода из магазина, вода из природного источника. После помещения кусочков мыла в воду подождали около 5 минут, при этом прозрачность воды не изменилась. Результат показан на рисунке 8.

Рисунок 8 – Результаты эксперимента по определению жесткости воды

(слева на право – холодная вода из-под крана, питьевая вода из магазина, вода из природного источника)

Для того, чтобы ускорить процесс «намыливания», воду каждого образца перемешали ложкой и подождали около 5 минут. Результат показан на рисунке 9.

Рисунок 9 – Результаты эксперимента по определению жесткости воды

после перемешивания

(слева на право – холодная вода из-под крана, питьевая вода из магазина, вода из природного источника)

Как видно, мыло в холодной воде из-под крана пенится сильнее, а в питьевой воде из магазина и в воде из природного источника начали образовываться мелкие хлопья. При дальнейшем перемешивании хлопья в питьевой воде из магазина и в воде из природного источника становились больше.

Таким образом, холодная вода из-под крана является наименее жесткой, что подтверждается также при мытье рук. Вода из природного источника жесткая, мыло в ней пенится плохо, такое поведение воды является нормальной характеристикой воды, которую берут для питься из родников.

Результат для питьевой воды из магазина, показавший высокую жесткость оказался неожиданным, по-видимому в ней также содержится большое количество солей кальция и магния, однако повышенная жесткость воды в разумных пределах не говорит о непригодности воды для питья, а лишь снижает ее моющие свойства.

Глава 4. Исследование влияния воды разного состава на рост живых организмов

Всего в эксперименте приняли участие пять видов микрозелени:

- редис листовой,

- славянская смесь,

- зеленый горошек,

- кукуруза сахарная,

- кольраби;

и пять видов воды:

- холодная вода из-под крана,

- горячая вода из-под крана;

- кипяченая вода из-под крана (остывшая),

- питьевая вода из магазина,

- талая снежная вода (взамен воды из родника).

Каждый вид микрозелени поливали пятью разными видами воды. Таким образом, всего было высажено двадцать пять семян в цветочные горшки, наполненные грунтом. Подготовительные работы показаны на рисунке 10.

Рисунок 10 – Подготовительные работы для посадки микрозелени

Первые ростки появились на 4 день после посадки. Результаты эксперимента показаны на рисунке 11.

Рисунок 11 – Результаты эксперимента, день 4

Поскольку каждое зернышко любого растения индивидуально и развивается с разной скоростью, то влияние того или иного типа воды на каждый росток оценить довольно сложно. В связи с этим общую оценку роста микрозелени давали по количеству взошедших семян, по высоте ростков.

Каждому горшку выставляли оценку роста по пятибалльной шкале в ряду среди одного вида зелени. Результат нашей оценки роста семян на 4 день приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Результаты оценки роста микрозелени, день 4

Результаты эксперимента на 6 день показаны на рисунке 12. Горошек так и не взошел.

Рисунок 12 – Результаты эксперимента, день 6

Результат нашей оценки роста семян на 6 день приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Результаты оценки роста микрозелени, день 6

Результаты эксперимента на 8 день показаны на рисунке 13.

Рисунок 13 – Результаты эксперимента, день 8

Результат нашей оценки роста семян на 8 день приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Результаты оценки роста микрозелени, день 8

Результаты эксперимента на 10 день показаны на рисунке 14.

Рисунок 14 – Результаты эксперимента, день 10

Результат нашей оценки роста семян на 10 день приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Результаты оценки роста микрозелени, день 10

В таблице 8 представлены суммы оценок за все описанные дни эксперимента.

Таблица 7 – Результаты оценки роста микрозелени, сумма оценок

По полученным в результате эксперимента данным видно, что на первоначальной стадии роста зелени лучше результаты показала кипячёная вода и питьевая вода из магазина. Следует отметить, что эти два типа воды применялись при комнатной температуре, в то время как холодная и горячая вода из-под крана примялась сразу после налива из крана, а талая вода применялась сразу после таяния снега. По-видимому, на рост зелени, значительное влияние оказывает температура воды, а ее состав влияет в меньшей степени.

Наибольшее количество баллов по сумме за все дни эксперимента набрала питьевая вода из магазина, кипячёная же вода, которая применялась также при комнатной температуре, набрала на 10 балов меньше, возможно при кипячении разрушаются важные для роста растений вещества.

Горячая вода из-под крана занимает третье место, скорее всего это связано с тем, что в горячей воде рост семян происходит хуже, чем при комнатной температуре. Возможно, горячая вода быстрее испаряется из-за более высокой температуры. Хуже всего растет зелень при поливе холодной водой.

На рисунке 15 показа зависимость оценки роста зелени в зависимости от продолжительности эксперимента, оценка на графике приведена как сумма для каждого вида растения, что позволяет оценить влияние воды на рост микрозелени не зависимо от ее вида.

Рисунок 15 – Зависимость оценки роста от времени эксперимента

Из графика видно, что вид воды играет важную роль в начальном этапе роста растений. Как было сказано ранее, быстрее всего семена проросли при поливе водой комнатной температуры. Однако далее, на 8 – 10 день роста, показатели выравниваются Ростки, поливаемые водой не комнатной температуры, догоняют ростки, поливаемые водой комнатной температуры.

Таким образом, в данной серии экспериментов было определено, что значительное влияние на первоначальный рост растения влияет температура воды, которой его поливают.

Для определения влияния состава (примесей) воды на рост микрозелени следует все образцы воды сначала доводить до комнатной температуры.

Заключение

В целом все исследуемые образцы воды показали удовлетворительные результаты. Ни в одном образце не было обнаружено значительного количества грязи, песка или ржавчины. Все образцы воды прозрачные и не имеют посторонних запахов.

Холодная вода из-под крана – единственный участник эксперимента, в котором были обнаружены следы нерастворимых примесей, которые можно удалить при помощи фильтрования воды через фильтр. Стоит обратить внимание, что вода из природного источника нерастворимых примесей не имела.

Взвешивание, по-видимому, как метод оценки качества воды, является непригодным, поскольку результаты взвешивания не совпадают с результатами, полученными в других экспериментах. Вероятнее всего, это связано с неточностью определения одинакового объема воды для взвешивания в домашних условиях.

Наиболее удобным и результативным методом оценки является определение общей минерализации на поверхности зеркала, однако следует учитывать, что минералы и соли в воде не обязательно являются вредными для человека. Так же показательным методом определения качества воды является фильтрование воды, таким способом можно быстро обнаружить нерастворимые примеси в воде.

Наиболее удобным способом проверки качества воды в домашних условиях будет комбинация двух способов – определение общей минерализации и определение нерастворимых примесей в воде. При необходимости проверить жесткость воды можно при помощи мыла.

На рост растения в первые дни значительное влияние оказывает температура воды. Наилучшие результаты роста показала микрозелень, поливаемая кипяченой водой комнатной температуры и питьевая вода из магазина. Для определения влияния состава воды требуется провести дополнительную серию экспериментов, в которых вода будет доведена до комнатной температуры.

Список литературы

1. Арабаджи В. Загадки простой воды. – М.: Знание, 1973.

2. Шорыгина Т.А. О воде в природе. Методические рекомендации. – М.: ТЦ Сфера, 2010. – 86 с. – (Вместе с детьми).

3. Интернет-сайт https://vodaiceberg.ru

4. Интернет-сайт https://blog.aquaphor.ru

5. Интернет-сайт https://biokit.ru

6. Интернет-сайт https://vodasila.ru