XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнение жёсткости водопроводной и магазинной воды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Ястрожемская Л.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №4

Дворядкина В.Н. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №4

Работа в формате PDF

0.9 MB

Введение

Актуальность

Наблюдая за кипением воды в чайнике, я заметила, чтопосле кипячения нашей водопроводной воды в чайнике образуется белый налет (толстый слой накипи), кроме того чай и супы приготовленные на такой воде имеют неприятный привкус. При кипячении же воды купленной в магазине накипь в чайнике не образуется. Моя мама вынуждена чистить чайник от накипи раз в два дня, а это тратит время и силы. Меня заинтересовало с чем это связано, и что можно сделать, чтобы накипи образовывалось меньше. С этим вопросом я обратилась к учителю химии и биологии в нашей школе.

Учитель объяснил, что в природе не существует абсолютно чистой воды. Даже дождевая вода, падая на землю, растворяет частицы горных пород, солей и минералов. Особенно много солей растворяется, когда вода проходит через слои известняка, мела и гипса. Эти породы богаты кальцием и магнием. В нашем селе водопровод был построен в 1986 году за счет каптажа родниковых вод. Это значит, что вода долго контактировала с известняковыми породами и впитала много солей и накипь,которая образуется в чайнике – это не просто белый налет на стенках чайника, а главный показатель чрезмерной «жесткости» воды, регулярное потребление которой может нанести серьезный вред здоровью.

Проблема заключается в том, что жители нашего села тратят много времени на чистку техники, покупают фильтры или дорогую магазинную воду. Я хотела понять: что такое жёсткая вода, откуда берется накипь, можно ли с ней бороться простыми способами, и действительно ли магазинная вода лучше водопроводной.

Объект исследования: Водопроводная вода в нашем селе и питьевая вода, купленная в магазине. Предмет исследования: Качество водопроводной и магазинной воды.

Цель работы:

Узнать, какая вода жестче: водопроводная или бутилированная. А также выяснить, какой способ умягчения воды самый эффективный в домашних условиях.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу и интернет-источники о жесткости воды.

2. Научиться простыми способами оценивать жесткость воды.

3. Провести эксперименты с кипячением и добавлением соды.

4. Сравнить водопроводную и магазинную воду.

5. Понять, стоят ли деньги за бутылированную воду того результата.

6. Сделать выводы и дать рекомендации жителям села.

Гипотеза: я предполагаю, что магазинная вода значительно мягче нашей, поэтому в ней почти не образуется накипь, а так же если перед кипячением жёсткой водопроводной воды добавлять пищевую соду, то накипи образуется меньше.

Практическая значимость: мои результаты помогут жителям выбрать дешёвый и эффективный способ борьбы с накипью, сэкономить бюджет и продлить срок службы чайников.

Обзор литературы.В своей работе я использовала книгу «Нескучная химия» с весёлыми задачами и неожиданными решениями , автор Петр Вольц

Глава 1. Что такое жесткость воды

Вода — это не просто жидкость. В ней растворены разные соли. Главные из них — соли кальция и магния. Если этих солей много, воду называют жёсткой.

1.1. Какие соли делают воду жёсткой

Главные «виновники» жёсткости — это соли кальция и магния (таблица 1. «Виновники жёсткости воды».

Таблица 1. Виновники жёсткости воды»

Эти соли хорошо растворяются в холодной воде. Мы их не видим и почти не чувствуем на вкус. Самая хитрая соль — это гидрокарбонат кальция. Она прекрасно растворяется в холодной воде, но при нагревании распадается. Из неё получаются углекислый газ (те самые пузырьки, которые мы видим перед закипанием) и тот самый белый налёт — карбонат кальция, который мы называем накипью[1].

1.2. Что происходит при кипячении. Откуда берётся накипь

Вместе с водой в чайник попадают растворённые в ней соли. Вкус этих солей мы можем и не ощущать. Оказывается, при нагревании одни соли превращаются в другие — происходит химическая реакция. И получается, что первые соли неплохо растворяются в воде, а вот те, в которые они превращаются при кипячении, нерастворимы или растворяются очень слабо. Именно они и выпадают в осадок — в том же месте, где образовались[1].

1.3. Почему накипи больше на нагревательном элементе

В электрическом чайнике слой накипи толще всего на спирали. Там температура выше. Чем сильнее нагревается вода, тем быстрее соли превращаются в нерастворимый осадок. Вот почему, пока вода холодная, накипь почти не образуется. Она начинает появляться только при нагреве и прекращает расти, когда мы выключаем чайник[1].

1.4. Чем вредна накипь

Многие думают, что накипь — это просто некрасиво. На самом деле она приносит три конкретных вреда (таблица 2. Вред от накипи).

Таблица 2. Вред от накипи

Но есть и плюс: когда образуется накипь, вода сама очищается от солей. Поэтому кипячёная вода мягче сырой.

Глава 2. Практическая часть. Сравнение жёсткости водопроводной и магазинной воды.

Для своего исследования я взяла два образца воды:

1. Образец №1: Водопроводная вода из нашего крана.

2. Образец №2: Питьевая вода, купленная в магазине.

Для чистоты эксперимента я брала все образцы воды в одинаковом количестве — по 500 мл.

Первичная оценка (вкус и прозрачность)

Сначала я проверила воду на вкус и прозрачность. Водопроводная вода обладает неприятным солоновато-горьковатым привкусом. У магазинной воды вкус пресный и мягкий. Обе воды прозрачные и чистые на вид.

Оценка жёсткости с помощью заморозки (опыт1)

Для начала мы просто заморозила воду в формочках для льда. В мягкой воде лёд получается прозрачным. В жёсткой воде лёд мутный, белый в центре - это и есть примеси. [3]. Мой опыт показал, что лёд из водопроводной воды получился мутноватым, а из магазинной — прозрачным (рис.1. Кубики замороженной воды). Это первый признак того, что наша вода жёстче. Нужно отметить, что заморозка, в первую очередь, применяется для её снижения (смягчения воды). А вот оценить жёсткость напрямую этим методом нельзя.

Рис.1. Кубики замороженной воды.

Образование накипи при выпаривании (опыт 2) . Это один из самых наглядных способов увидеть оценить жёсткость воды.

Ход опыта: мы налили по небольшому количеству воды в две металлические ложки и нагревали их на плите до полного выкипания воды. Когда вода выкипела на дне ложки от водопроводной воды образовался толстый и плотный слой накипи, который трудно было стереть пальцем (рис.2. Слой накипи после выкипания воды). На дне ложки от магазинной воды налёт был очень тонким и почти незаметным.

Водопроводная вода Магазинная вода

Рис.2. Слой накипи после выкипания воды.

Вывод: Обильный плотный осадок — показатель высокой жёсткости. Магазинная вода содержит значительно меньше солей, образующих накипь.

Пенистость мыла (опыт 3)

Этот опыт показывает, сколько солей растворено в воде. В жёсткой воде мыло почти не пенится, потому что соли кальция мешают мылу создавать пену.

Ход опыта: я намылила руки и натёрла на тёрке немного туалетного мыла. Положила по щепотке стружки в каждый из двух стаканов с водой и активно помешала ложкой.

Мои наблюдения: в водопроводной воде мыло плохо мылилось, пены было очень мало, а на поверхности плавали серые хлопья (рис.3. Пенистость мыла в водопроводной воде). В магазинной воде мыло мылилось отлично и образовало обильную и устойчивую пену (рис.4. Пенистость мыла в магазинной бутилированной воде.).

Вывод: водопроводная вода более жёсткая, чем магазинная.

Рис.3. Пенистость мыла в водопроводной воде.

Рис.4. Пенистость мыла в магазинной бутилированной воде.

Опыт 4. Заваривание чая.

Ход опыта: мы заварили два одинаковых пакетика чёрного чая в стаканах с кипячёной водой (в одном — водопроводная, в другом — магазинная) и дала чаю настояться 10 минут.

Наблюдения: в жёсткой воде чай заваривается хуже. Он быстрее темнеет и становится мутным (рис.5. Чай заваренный в разной воде.).  В такой воде соли кальция вступают в реакцию с веществами чая (танинами). Из-за этого чай мутнеет, а на поверхности появляется тёмная плёнка. В мягкой воде этой реакции нет, поэтому цвет чая остаётся ярким.

Рис.5. Чай заваренный в разной воде. 

Для чистоты эксперимента мы оставили заваренный чай в стаканах на сутки. На следующий день мы заметили, что на поверхности стакана с чаем из водопроводной водой образовалась радужная плёнка — это признак химической реакции солей жёсткости с веществами чая. В стакане с магазинной водой такой плёнки не появилось. Когда мы слили жидкость, то на дне и стенках стакана с водопроводной водой остался плотный коричневый налёт, который плохо смывался даже без специальных моющих средств. В стакане из-под магазинной воды осадок тоже присутствовал, но он был намного тоньше и почти незаметен (рис. 6. Осадок в стаканах из-под чая). Учитель биологии объяснила мне, что этот коричневый налёт — это нерастворимые соединения солей кальция и магния с танинами, которые содержатся в чайной заварке.

Рис.6. Осадок в стаканах из – под чая.

Вывод:  мягкая вода лучше подходит для чая — она не портит его цвет и вкус.

Опыт 5. Проверка гипотезы: помогает ли сода.

В моей гипотезе я предположила, что добавление соды уменьшает образование накипи. Для проверки гипотезы взяли две чистые ложки. В первую налили обычной водопроводной воды. Во вторую такую же воду, но добавили на кончике ножа пищевой соды и хорошо размешали. Нагревали обе ложки на плите до полного выкипания воды.

Наблюдения:накипь образовалась в обеих ложках, но в ложке без соды накипь получилась плотной, твёрдой и прикипевшей ко дну. Её было трудно соскрести. В ложке с содой накипь тоже образовалась (её было даже больше), но она была рыхлой, пористой и легко счищалась пальцем или губкой (рис.7. Накипь в ложках после выпаривания воды с содой и без соды)

Рис.7. Накипь в ложках после выпаривания воды с содой и без соды.

Вывод: сода не убирает соли из воды и не делает воду мягче. Но делает накипь более рыхлой. Это значит, что если добавить немного соды перед кипячением, чистить чайник станет гораздо легче, но вкус воды при этом изменится.

Для наглядности результаты опытов и наблюдения мы добавили в таблицу 3.«Сводная таблица результатов»

Таблица 3. Сводная таблица результатов

Глава 3. Сравнение способов обработки воды.

Для сравнения изменения жёсткости воды мы выбрали следующие способы обработки воды (таблица 4. Сравнение способов обработки воды) :

• Обычное кипячение (контроль)

• Кипячение после отстаивания (24 часа)

• Кипячение с содой

• Кипячение после фильтрации (самодельный фильтр с углём).

В работе я использовала кипяток, поэтому все опыты проводила под присмотром учителя. Нагревала и сливала воду аккуратно, чтобы не обжечься

Проведение опыта:

Взвесили 4  одинаковые ёмкости. У нас это 4 миски из нержавеющей стали (ёмкостью 0.7 л.). Их вес составил 52 г(рис.8. Вес пустой тары)

Рис.8. Вес пустой тары.

Наливали по 0,5 литра воды каждого типа и кипятили 10 минут, давали остывать и сливали аккуратно, чтобы накипь осталась на дне, затем оставили ёмкости сушиться, сутки до полного высыхания накипи и взвешивали емкость с накипью. Так как у нас не было фильтра «Барьер» для очистки воды, мы решили пропустить воду через самодельный фильтр, для этого мы растолкли активированный уголь и поместили его в бумажный фильтр вставленный в воронку. Через него и пропустили воду (рис.9. Изготовление фильтра для фильтрации воды).

Рис.9. Изготовление фильтра для фильтрации воды.

Таблица 4.Сравнение способов обработки воды

Рис.10. Емкости после кипячения и высушивания

Как видно из таблицы больше всего накипи образовалось при кипячении сырой воды – 3 г. (самый плохой результат), в результате простого отстаивания воды, в течение 24 часов, осадка получили меньше. Кипячение с содой на результат не повлияло, накипи столько же, но она рыхлая. Самый лучший результат получили после пропускания воды через самодельный фильтр, накипи образовалось меньше (2 г.)

Вывод:

1. Лучше всего использовать фильтр (даже самый дешёвый и самодельный).

2. Если фильтра нет — обязательно отстаивать воду ночь в ведре перед кипячением (соли оседают на дно, и накипи становится на 30-40% меньше).

3. Сода помогает, но меняет вкус воды и поэтому использовать её нужно осторожно.

4. Кипятить воду прямо из-под крана — самый плохой результат.

5. Экономический расчёт. Если семья из трёх человек пьёт чай и готовит супы только на магазинной воде, в месяц уходит примерно 100 литров. Это стоит около 5000 рублей. Не каждая семья в нашем селе может себе это позволить. Поэтому я считаю, что покупать магазинную воду разумно только для питья и чая, а для варки супов, макарон и мытья посуды можно использовать отстоянную водопроводную воду.

Заключение и выводы

1. Моя гипотеза о магазинной воде полностью подтвердилась. Вода, купленная в магазине, значительно мягче нашей водопроводной. В ней мыло пенится лучше, чай получается прозрачным и вкусным, а накипи образуется совсем мало.

2. Моя гипотеза о соде подтвердилась частично. Сода действительно помогает бороться с последствиями жёсткости, но не так, как я думала. Она не убирает соли из воды, а делает накипь рыхлой, чтобы её было легче отчищать.

3. Отстаивание воды помогает. Если дать воде постоять сутки, часть солей оседает на дно, и накипи становится меньше.

4. Покупать магазинную воду для супов и макарон дорого. Для этого лучше использовать водопроводную (отстоянную или с содой), а для питья и детского питания — бутилированную или фильтрованную.

Мои рекомендации жителям села

1. Для питья и чая покупайте магазинную воду — это вкусно и полезно.

2. Для супов и кипячения в больших кастрюлях используйте водопроводную воду, но обязательно отстаивайте её в течение суток.

3. Не кипятите воду прямо из-под крана — это быстро портит чайник.

4. Если добавить щепотку соды перед кипячением, накипь станет рыхлой и её легко счистить.

5. Чистите чайник лимонной кислотой, как только появится налёт (1 пакетик на 1 литр воды, прокипятить 10 минут).

Моё исследование показало, что даже дома можно определить качество воды и выбрать самый удобный и экономный способ борьбы с накипью. Теперь я знаю, как помочь маме сэкономить время и силы!

Итоговый вывод

Моя гипотеза подтвердилась. Магазинная вода мягче водопроводной. Из доступных способов лучше всего помогает отстаивание. Бороться с накипью можно и нужно, и для этого необязательно покупать дорогие приборы. Я считаю, что моя работа будет полезна всем, кто сталкивается с проблемой жёсткой воды.

Литература и источники.

Литература и источники

1. Вольц, П. Нескучная химия : с веселыми задачами и неожиданными решениями. — Москва : Печатная Слобода, [впишите год]. — 79 с.

2. Накипь в чайнике: чем на самом деле она опасна [Электронный ресурс] // Дзен. Русская семёрка. — URL: https://dzen.ru/a/ZEkKYqk4bW9SaOBL (дата обращения: 21.07.2026).

3. Почему мыло плохо пенится в жесткой воде? [Электронный ресурс] // Чистая вода. — URL: https://cleanwater.ru/hardness-and-soap/ (дата обращения: 21.07.2026).

4. Как отстоявшаяся вода влияет на образование накипи [Электронный ресурс] // Вода в доме. — URL: https://voda-v-dome.ru/otstaivanie-vody (дата обращения: 21.07.2026).

5. Как влияет на чистоту воды и ее химический состав замораживание? [Электронный ресурс] // Ответы Mail.ru. — URL: https://otvet.mail.ru/question/9006404 (дата обращения: 21.07.2026).