II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ФИЗИКО – ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ляпина В.В. 1

---

1МБОУ СОШ №9 г. Брянска

Орлова Е.Ю. 1

---

1МБОУ СОШ №9 г. Брянска

Работа в формате PDF

644 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

 Введение

Вода… Одно из самых уникальных и необходимых для жизни всего живого на нашей планете веществ. Вода является наиболее ценным природным богатством, заменить ее нельзя ничем. Используется она и в быту, и как необходимый компонент питания. Мы практически каждый день заходим в продуктовые магазины и видим на прилавках большой ассортимент минеральных вод. Какую из них лучше выбрать? В какой из них лучше состав? Или он практически одинаков? Насколько полезна минеральная вода? Можно ли навредить собственному организму, употребляя минеральную воду? Особенно актуальны эти вопросы в летний период времени, когда из-за более высоких температур воздуха наш организм теряет большее количество воды, чем обычно, и ее необходимо восполнять. Все это и подтолкнуло меня заняться изучением сравнительного состава минеральных вод и конкретно определить их физико-химический состав и воздействие на организм человека.

Целью исследовательской работы является расширение и углубление своих знаний о составе и свойствах лечебно-столовых минеральных вод.

Достижение поставленной цели предполагает решение в процессе исследования следующих задач:

1. Дать сравнительную характеристику химического состава некоторых видов лечебно-столовых минеральных вод, заявленную производителем на этикетках.

2. Определить концентрацию ионно-минерального состава исследуемых образцов минеральной воды.

Проводить лабораторные исследования планируется частично на базе МБОУ СОШ № 9 и на базе лаборатории кафедры химии Брянского Государственного Аграрного Университета под руководством профессора кафедры химии Талызиной Т.Л.

Объектом исследования в работе является лечебно-столовая минеральная вода, ее состав и свойства.

Предметом исследования выступает сравнительный анализ лечебно-столовых минеральных вод.

Материалом для исследования является лечебно-столовая минеральная вода, продающаяся в магазинах г. Брянска.

Актуальностьисследования: многообразие минеральной вод, представленных на полках магазинов, способно ввести в заблуждение любого из нас. В своей исследовательской работе я решила экспериментально узнать, каков ее химический состав.

Гипотеза: у разных минеральных вод разный минеральный состав, который можно определить, проводя химические исследования. Имеют ли все исследуемые образцы концентрацию ионов в границах референтных значений, заявленных производителем на этикетках.

Этапы работы:

1. Работа с литературными источниками, обзор информации по вопросу исследования в справочной, химико-биологической и медицинской литературе, использование электронных ресурсов интернета.

2. Создание модели проведения эксперимента.

3. Проведение эксперимента.

4. Обработка результатов исследования.

5. Отчет по работе.

Методы исследования:

1. Теоретические: анализ, классификация.

2. Эмпирические: сравнение, наблюдение, моделирование, эксперимент.

3. Математические: счет, измерение.

Информационной базой проведенного исследования послужил обзор литературы по изучаемому вопросу, который подтвердил, что тема исследования является актуальной и в настоящее время, а также практические расчеты и результаты, полученные при выполнении данной работы.

1.Теоретическая часть работы

1.  

   1. Классификация минеральных вод

При покупке минерaльной воды мы можем ориентировaться не только нa ее вкусовые качества, но и на химический состав. Химический состав минеральной воды представляет собой разнообразные комбинации из шести основных компонентов: натрий (Na⁺), кальций (Са²⁺), магний (Мg²⁺), хлор (Сl^-), сульфат (SO₄^2-) и гидрокарбонат (НСО₃^-). В небольших количествах в минеральной воде содержится почти вся таблица Менделеева в микро- и ультрамикродозах. В наибольшем количестве в ней представлены такие элементы, как железо, йод, фтор, бром, мышьяк, кобальт, молибден, медь, марганец и литий.

В зависимости от общей минерализациипитьевые минеральные воды бывают пресными, слабоминерализованными, маломинерализованными, среднеминерализованными и высокоминерализованными. Слабоминерализованные, в свою очередь, бывают железистыми, с наличием органических веществ

Основными типами углекислых вод являются воды типа Нарзанов, водытипа Пятигорска, воды типа Боржоми,воды типа Ессентуки, воды Обуховского типа

В зависимости от назначения питьевые минеральные воды делятся на столовые, лечебно-столовые, лечебные

По ионному составу питьевые минеральные воды разделяются на гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные, магниевые, железистые и смешанные (гидрокарбонатно-хлоридно-сульфатные)

В зависимости от газового состава и наличия специфических компонентов питьевые минеральные воды делят на углекислые, сульфидные, азотные, кремнистые, бромистые, йодистые, мышьяковистые, радоновые

1.2Влияние питьевых минеральных вод на организм человека

Минеральная вода — древнейшее природное лекарство, ее целебные свойства были открыты еще в античном мире. У всех живых организмов имеется одна общая особенность – потребность в наличии минеральных солей, которые обеспечивают соли в минеральной воде. Уже в древности люди принимали минеральные ванны для улучшения самочувствия. Позже, рядом с источниками минеральной воды, стали строить санатории и заводы, поставляющие воду по всему миру. При контакте свежей минеральной воды с организмом человека, происходит замена клеточной воды с частично разрушенной структурой на структурированную воду, что однозначно оказывает целебное действие на клетки и благотворно для всего организма человека. В результате такого воздействия мобилизуются защитные свойства организма и гасятся внутренние очаги патологии. Минеральные воды оказывают на наш организм влияние, которое обуславливается минерализацией и присутствием в воде значимого количества химических элементов, способных изменить внутреннюю среду организма и его работу. Катализаторами биохимических процессов, происходящих в нашем организме, является магний (Mg²⁺), кальций (Са²⁺), кремний (Si^2-) и некоторые другие ионы, получаемые из минеральных вод. Функции макро- и микроэлементов, входящих в состав минеральных вод разнообразны: ионы калия положительно действует на сердце, улучшает работу почек; ионы кальция полeзны для сeрдeчно-сосудистой системы, укрепляют кости, мышцы, зубы, благотворно влияют на свертываемость крови; ионы магния помогают работе нервной системы, улучшают кровоснабжeние сердечной мышцы; ионы натрия регулируют кровяноe давление; ионы хлора в желудке соединяются с водородом, образуя соляную кислоту, при этом повышается интeнсивность обмена жиров и сахаров, усиливаются желчегонная и мочегонная функции пeчени и почек. Все макро- и микроэлементы в минеральной воде активны, что обуславливает быстрое усвоение их в организме.

2. Экспериментальная часть работы

2.1 Исследование химического состава воды

Для проведения экспериментальной части работы в магазине были приобретены бутылки с лечебно-столовой минеральной водой в стеклянной таре четырех разных наименований (приложение 1, фото 1).

В исследуемой минеральной воде были изучены следующие показатели: органолептические характеристики (интенсивность запаха и вкус), ионно-минеральный состав (HCO₃^-, Cl^-, Ca²⁺, Mg²⁺) и измерение рН среды. Исследования и оценка результатов проводилась в соответствии со стандартами ГОСТ сразу же после вскрытия бутылок с минеральной водой.

Определение органолептических показателей минеральных вод. Для определения запаха минеральную воду в бутылках погрузили на 1 ч в емкость с водой при температуре 20-30^○С, для определения вкуса – на 1 ч в емкость с водой и льдом при температуре 11-13^○С. Определение проводили немедленно после наполнения водой дегустационного стакана. Интенсивность запаха оценивали по шкале от 0 до 5, где 0 – отсутствие запаха, 1 – очень слабый запах, 2 – слабый запах, 3 – запах легко обнаруживается, 4 – отчетливый запах, 5 – очень сильный запах.

Определение ионно-минерального состава минеральных вод.

Определение общей жесткости. В лабораторных условиях была установлена общая жесткость минеральных лечебно-столовых вод. Определение ее проводилось методом титрования с 0.05н раствора трилона Б.

Общую жесткость вычисляем по формуле:

где А – количество раствора трилона Б, израсходованное на титрование (мл)

К – поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б (1)

V – объем воды, взятый для определения (мл)

Сн_тр – нормальная концентрация трилона (0,05н)

1000 – коэффициент перерасчета в л.

В коническую колбу внесли 50 мл испытуемой воды. Затем прибавили 5 мл буферного раствора, 0.1 г хромогена черного и начали титровать при сильном взбалтывании 0.05н раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке. Окраска воды стала сине-фиолетовой (приложение 2, фото 1, 2).

Определение содержания ионов кальция. Определение проводится методом титрования с 0.05н раствора трилона Б.

Содержание ионов кальция вычисляем по формуле:

где А – количество раствора трилона Б, израсходованное на титрование (мл)

К – поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б (1)

V – объем воды, взятый для определения (мл)

Сн_тр – нормальная концентрация трилона (0,05н)

1000 – коэффициент перерасчета в л.

В колбу для титрования внесли 50 мл исследуемой воды, добавили 2 мл 2н NaOH, около 0.1 г индикатора мурексида. Пробу оттитровали 0.05н раствором трилона Б при непрерывном перемешивании до перехода окраски раствора из красной в фиолетовую (приложение № 2, фото № 3).

Определение содержания ионов магния было проведено путем вычитания количества ионов кальция из общей жесткости.

Определение гидрокарбонат-ионов проводилось методом титрования с 0.1н. раствором соляной кислоты.

Карбонатную жесткость вычисляем по формуле:

где А – количество раствора соляной кислоты, израсходованное на титрование (мл)

К – поправочный коэффициент к нормальности раствора соляной кислоты (1)

V – объем воды, взятый для определения (мл)

Сн_тр – нормальная концентрация раствора соляной кислоты (0,1н)

1000 – коэффициент перерасчета в л.

В колбу для титрования внесли 50 мл исследуемой воды, добавили 2 капли метилового оранжевого. Пробу оттитровали 0.1н HCl при непрерывном перемешивании до перехода окраски раствора из бледно-желтой в ярко-желтую (приложение 2, фото 4, 5).

Определение хлорид-ионов проводилось методом осадительного титрования с 0.02н. раствором нитрата серебра.

Содержание хлорид-ионов вычисляем по формуле:

где А – количество азотнокислого серебра, израсходованное на титрование (мл)

К – поправочный коэффициент к нормальности раствора AgNO₃ (1)

V – объем воды, взятый для определения (мл)

0,5 – количество хлорид-иона, соответствующее 1 мл раствора

1000 – коэффициент перерасчета в л.

В две колбы для титрования внесли 50 мл исследуемой воды и прибавили 1 мл 5% K₂CrO₄. Первую пробу титровали раствором азотнокислого серебра до появления слабого оранжевого оттенка. Вторая проба являлась контрольной (приложение 2, фото 6, 7).

Измерение рН среды проводилось на рН метре (приложение 3, фото 1).

2.2 Результаты опытов

Лечебные свойства минеральной воды определяют катионы натрия Na⁺, кальция Ca²⁺, магния Mg²⁺ и анионы хлора Cl^-, сульфата SO₄^2-, гидрокарбоната HCO₃^-.

Согласно представленной производителем информации, в исследуемых образцах воды имеется следующий состав: