XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение жёсткости воды в посёлке Научный городок, г. Барнаул, Алтайский край

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Черныш С.В. 1

---

1МБОУ «СОШ № 72»

Зонова В.Ю. 1

---

1МАОУ "СОШ №10"

Работа в формате PDF

332.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Вода является неотъемлемой часть жизни человека. Люди используют её для питья и приготовления пищи, для соблюдения правил личной гигиены, в быту, в медицине, в фармокологии, на различных предприятиях и производствах (то есть в промышленности), в сельском хозяйстве и во многих других отраслях. Поэтому сейчас всё чаще встаёт вопрос о качестве воде. Большое внимание уделяется качеству питьевой воды.

Различные примеси, находящиеся в воде, оказывают существенное влияние на организм человека и работу бытовых приборов. По данным ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) почти 90% всех болезней человечества вызвано использованием в быту для питья некачественную воду. Поэтому повышение ее качества является актуальной проблемой современности. Качество воды характеризуется ее температурой, содержанием взвешенных веществ, жесткостью, содержанием отдельных химических элементов и соединений и другими показателями [2].

Со временем я стала замечать, что на стенках чайника образуется большое количество накипи, у моих соседей и друзей чаще стали выходить из строя стиральные машины [3]. Мне стало интересно какой же показатель воды влияет на это в большей степени. Какую воду лучше употреблять, чтобы возникало меньше проблем со здоровьем. Поэтому одной из характеристик воды, заинтересовавших меня, является её жесткость.

Цель работы – познакомиться с понятием жесткости воды, овладеть методикой определения общей жесткости методом электропроводности, оценить (сравнить) общую жёсткость в исследуемых образцах.

Задачи:

1. Изучить по литературным источникам методы определения жёсткости воды.

2. Выявить с помощью литературных источников наиболее современные, точные и эффективные методы определения жёсткости воды.

3. Определить жёсткость воды в исследуемых образцах, полученных в посёлке Научный городок.

4. Проанализировать полученные данные и дать рекомендации по использованию воды в посёлке Научный городок.

Объектом исследования является вода из различных источников.

Предметом исследования является жёсткость воды.

Гипотеза: снеговая вода имеет меньшее значение жёсткости, чем водопроводная, кипячённая вода имеет меньшее значение, чем водопроводная.

Методы исследования:

1. Поиск и изучение литературы.

2. Анализ изученной литературы.

3. Эксперимент.

4. Наблюдение.

5. Сравнение.

6. Описание.

Новизна и практическая значимость работы

Метод электропроводности, использованный в данной работе, позволяет определить предельно точные значения её качества, а также точное содержание других минеральных примесей. Этот метод является современным методом определения жёсткости воды, так как при его реализации используется «Цифровая лаборатория» «Точки роста», в которую входят цифровой мультидатчик и датчик электропроводности.

Определив жёсткость воды, мы сможем дать рекомендации для жителей Научного городка, какую воду можно пить, какую лучше использовать в приготовлении пищи, какой водой лучше пользоваться в быту и как можно предотвратить проблемы со здоровьем, связанные с употреблением жёсткой воды.

1. Жёсткость воды

1.1 Вода и её значение в жизни человека

Вода – это жидкость, которая не имеет цвета, запаха и вкуса, это химическое соединение, состоящее из атомов водорода и кислорода. Вода входит в состав всех живых организмов и человек не исключение. Она играет важную роль в жизни человека. Если без еды мы можем прожить 40 дней, то без воды всего лишь 3-4 дня. Вода является основой всех процессов жизнедеятельности человека. Она обеспечивает очистку тела от шлаков выделительной системой, транспортную работу кровообращения, выделение пищеварительных соков, регуляцию температуры тела, а также вода участвует в обмене веществ и оберегает жизненно важные органы.

1.2 Жёсткость воды: понятие, виды

Одним из наиболее важных показателей качества воды является жёсткость воды. Жёсткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния [3]. Если в воде излишнее содержания кальция (жёсткая вода), то она будет иметь неприятный вкус и ухудшать здоровье человека, употреблявшего эту воду. Так «постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме и в конечном итоге к заболеванию суставов (артритам, полиартритам) и образованию камней в почках и желчных путях» [4].

Жёсткая воды влияет не только на здоровье людей, но и на их быт. Причиной поломки бытовых приборов и образования накипи на водонагревательных элементах является большое содержание в воде солей жесткости. Например, самая распространённая причина поломки или выхода из строя чайника, это образование накипи на стенках.

Ещё одним недостатком жёсткой воды является слабое вспенивание моющих веществ. «Это становится причиной значительного перерасхода. А после высыхания на поверхности белья, сантехники, вымытых поверхностей, и даже коже и волосах человека образуется невидимый налет.» [1].

Но при этом полностью мягкая вода, тоже не рекомендуется для употребления на постоянной основе. Мягкая вода способствует вымыванию кальция из организма, что влечёт за собой отрицательные последствия для костной ткани и зубов человека. Также из-за низкой щёлочности мягкая вода увеличивает способность к коррозии водопроводных труб. Таким образом, необходимо соблюдать баланс между мягкостью и жёсткостью воды, чтобы избежать неприятных последствий.

Принято подразделять обозначенную жёсткость на два типа:

временная – карбонатная жёсткость, обусловлена присутствием наряду с кальцием, магнием и железом гидрокарбонатных анионов;

постоянная – некарбонатная жёсткость, характеризуется присутствием сульфатных, нитратных и хлоридных анионов, соли кальция и магния которых прекрасно растворяются в воде.

Также существует и общая жёсткость, она определяется как суммарная величина наличия солей магния и кальция в воде, то есть суммой карбонатной и некарбонатной жёсткости.

2. Методы определения жёсткости воды

Для того чтобы определить жёсткость воды необходимо проанализировать её характеристики и свойства.

Существуют следующие методы определения жёсткости воды:

1. титриметрический;

2. колориметрический;

3. атомной спектрометрии;

4. электропроводности.

Количественно жесткость воды может быть определена химическими методами (кислотно-основное и комплексонометрическое титрование), а также физико-химическими методами (например, метод кондуктометрии, основанный на измерении электропроводности воды).

Титрование – метод количественного химического анализа, основанный на измерении объема раствора реактива с точно известной концентрацией, прореагировавшего с определенным объемом раствора анализируемого вещества.

Кислотно-основное титрование применяется для определения карбонатной жесткости и сводится к нейтрализации щелочности исследуемой воды раствором 0,05Н соляной кислоты.

Комплексонометрическое титрование применяется для определения общей жесткости воды.

Метод основан на образовании комплексных соединений трилона Б с ионами щелочноземельных элементов. Определение проводят титрованием пробы раствором трилона Б при pH = 10 в присутствии индикатора. Наименьшая определяемая жесткость воды – 0,1°Ж.

Более подробно я остановлюсь на методе электропроводности.

Этот метод является современным методом определения жёсткости воды, так как при его реализации используется «Цифровая лаборатория» «Точки роста», в которую входят: цифровой мультидатчик и датчик электропроводности [5].

3. Проведение эксперимента, анализ полученных результатов

Для определения жёсткости воды был выбран метод электропроводности. Благодаря этому методу можно определить предельно точные значения качества воды, а также точное содержание других минеральных примесей [6].

Оборудование: лаборатория с датчиком электропроводности; девять стаканов химических; цилиндр мерный; промывалка лабораторная; вода дистиллированная; салфетки безворсовые; пробы воды, взятые из различных источников.

Для эксперимента использовалась вода:

1. Водопроводная вода (п. Научный городок, Алтайский край, проба № 1).

2. Профильтрованная водопроводная вода, полученная из фильтра со старым «Барьером» (п. Научный городок, Алтайский край, проба № 2).

3. Профильтрованная водопроводная вода, полученная из фильтра с новым «Барьером» (п. Научный городок, Алтайский край, проба № 3).

4. Прокипячённая водопроводная вода (п. Научный городок, Алтайский край, проба № 4).

5. Дистиллированная вода (проба № 5).

6. Бутилированная вода «1» (проба № 6).

7. Бутилированная вода «2» (проба № 7).

8. Снеговая вода (п. Научный городок, Алтайский край, проба № 8).

9. Обессоленная вода (проба № 9)

Порядок проведения работы

1. Для начала эксперимента было подготовлено оборудование к работе:

а) аккуратно начисто протерли нижнюю панель датчика электропроводности, с помощью очищенной воды и сухой безворсовой салфетки;

б) выполнили установку и подключение цифрового мультидатчика к виртуальной лаборатории «Химия»;

в) включили подсчет необходимых нам измерительных значений «Цифровая лаборатория»;

г) присоединили к мультидатчику щуп индикатора электропроводности.

Рисунок 1 – Подготовка оборудования к работе

2. В химический стакан налили 50 мл пробы № 1 (водопроводную воду п. Научный городок, Алтайский край).

Рисунок 2 – Наливаем пробы в химические стаканы

3. Погрузили датчик электропроводности в химический стакан и нажали на клавишу «Пуск». Важно было не касаться прибора и колбы влажными руками.

4. Получив точные значения жёсткости воды, нажали на клавишу «Пауза» и внесли полученные данные в таблицу 1.

Рисунок 3 – Получение точных значений жёсткости воды

5. Извлекли из химического стакана индикатор электропроводности, очистили рабочие ёмкости и тщательно высушили от остатков воды.

6. Далее провели повторные измерения для проб №2, №3, №4, №5, №6; №7; № 8; № 9; по пп. 2-4.

Рисунок 4 – Показатель жёсткости пробы № 2 и пробы № 7

Таблица 1 – Результаты измерений жёсткости воды

Анализ полученных результатов

Согласно СанПиН (Санитарным правилам и нормам) для питьевой воды жесткость не должна превышать 7°Ж, минимальная допустимая жёсткость находится в пределах 2°Ж. Для разных стран и разных регионов значения жёсткости воды могут отличаться.

Для удобства подсчёта переведём мкСм/см в ppm, для этого нам необходим коэффициент преобразования (таблица 1, 4 столбик).

Затем ppm переводим в °Ж (таблица 1, 5 столбик).

Из полученных результатов следует, что в посёлке Научный городок водопроводная вода превышает нормы и подлежит отчистке перед употреблением. Также эксперимент показал, что фильтр «Барьер» необходимо менять не реже одного раза в два месяца. Профильтрованная водопроводная вода новым «Барьером» значительно снизила показатель жёсткости воды, таким образом жёсткость профильтрованной водопроводной воды соответствует нормам, но находится на пределе. Жёсткость водопроводной воды, снизилась при кипячении, но ненамного. Электропроводность дистиллированной воды должна быть равна 0, но у нас она выше 0. Это может произойти если дистиллированная вода долго стоит на воздухе и за счёт поглощения углекислого газа и частичной диссоциации образовавшейся угольной кислоты такая вода может иметь электропроводность до 20 мкСм.

Бутилированная вода «1» тоже имеет большой показатель жёсткости, а вот жёсткость в бутилированной воде «2» соответствует нормам.

Снеговая и обессоленная вода имеют небольшой показатель жёсткости 0,8 и 0,2 соответственно.

Заключение

Изучив понятие жёсткости воды и различные методы определения жёсткости воды, для проведения эксперимента был выбран наиболее современный метод (метод электропроводности) с применением «Цифровой лаборатории» «Точки роста». Данный метод является грубым методом определения жёсткости воды, но благодаря ему становится возможным определить значение качества воды и содержание минеральных примесей.

Наша гипотеза, что снеговая и кипячёная вода имеет меньшее значение жёсткости, чем водопроводная, подтвердилась.

Список использованных источников и литературы

1. Жесткость воды [Электронный ресурс] : ProfWater системы очистки воды. URL : https://www.profwater.ru/zhestkost-vody/?ysclid=lp5imn8uzx695493879.

2. Калькулятор жесткости воды [Электронный ресурс] : МУП г. Сочи «Водоканал». URL : https://www.mup-vodokanal-sochi.ru/abonent/water-hardness-calc?ysclid=lpw8tnk35q626770860.

3. Квасова, Т. А. Влияние жесткости воды на здоровье человека / Т. А. Квасова, А. А. Бабаева // ADVANCED SCIENCE : сборник статей II Международной научно-практической конференции: в 2 ч. Пенза : Изд-во Наука и Просвещение. 2018. Ч. 1. С. 227-229.

4. Кокарев, И. Определение жесткости воды, прозрачности, щелочности и pH в Ревдинском пруду и родниковой воды / И. Кокарев, Р. Р. Айсин // Молодежь и наука. Екатеринбург : Изд-во Уральский государственный аграрный университет. 2014. № 4. С. 6.

5. Конева, Я. В. Изучение жесткости воды и содержание сульфатов в водопроводной воде Беловского и Ленинск-Кузнецкого районов / Я. В. Конева, М. Е. Золотарев, А. В. Новикова // Рекультивация выработанного пространства: проблемы и перспективы : сборник статей V международной научно-практической Интернет-конференции. 2020. Кемерово : Изд-во Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева. 2020. С. 113-115.

6. Оценка общей жесткости воды // Методические рекомендации по химии. С. 143-145.