IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Давайте поговорим о воде

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Трусова К.С. 1

---

1МОУ средняя школа №2

Соколова Е.В. 1

---

1МОУ средняя школа №2

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

22 марта все страны мира отмечают Всемирный день воды или Всемирный день водных ресурсов. Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля. Вода покрывает две трети поверхности нашей планеты: это моря, океаны, озёра, реки, ручьи и родники. Общий объём воды на планете — около 1,39 млрд км³ . Наиболее важное значение для людей имеет пресная вода. По разным подсчётам доля пресной воды в общем количестве воды на Земле составляет 2,5—3 %. Наша страна занимает второе место в мире по запасам пресной воды (на 1 месте Бразилия). Но, к сожалению, сегодня каждый второй житель России вынужден использовать для питья воду, не соответствующую санитарно-гигиеническим требованиям.

Актуальность работы. Нашему организму очень важно получать чистую питьевую воду, это повышает защиту организма от стресса, обеспечивает работу внутренних органов. Вода необходима для поддержания всех обменных процессов, она принимает участие в усвоении питательных веществ. При таком большом значении воды для человека, вода должна быть соответствующего качества. Чистая вода – одно из самых необходимых условий для здоровья человека. Но «чистая вода» и «питьевая вода» - это абсолютно разные понятия. Для рыбака «чистая вода» - это прозрачная вода, в которой водится много рыбы. Для химика «Чистая вода» - это вода, очищенная от различных примесей. Питьевая же вода всегда должна отвечать определённым установленным стандартам.

Цель проекта: расширить свои знания о свойствах воды, о её роли в жизни людей, изучить качества воды различного происхождения и её пригодность для использования в бытовых целях.

Для достижения поставленной цели, мы выделили следующие задачи:

Подобрать и изучить литературу по данной теме.

освоить методику определения качества питьевой воды в домашних условиях;

создать брошюру по охране питьевой воды.

Теоретическая часть.

Что такое вода?

Вода́ (оксид водорода) химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющйцвета (в малом объёме), запаха и вкуса (при стандартных условиях). Химическая формула: Н₂O. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном водяным паром. Около 71 % поверхности Земли  покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды). Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом. Так же вода может приобретать различные формы, которые  одновременно соседствуют друг  с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле. Вода спосбна растворять в себе множество органических и неорганических веществ. 

Наиболее значима для человека пресная вода. Пресная вода – это вода (пар или лёд) солёность которой не превышает 0, 1%. Ледяные массивы в полярных регионах и ледники содержат в себе большую часть пресной воды земли. Помимо этого, пресная вода существует в реках, ручьях, пресных озёрах, а так же в облаках. По разным подсчётам доля пресной воды в общем количестве воды на Земле составляет 2,5 – 3%.

2. Уникальные свойства воды. Без воды жизнь на нашей планете была бы невозможна. О том, что некоторые из характеристик воды идут вразрез с общепринятыми природными законами, натуралисты узнали еще в первой половине XIX столетия. После составления периодической таблицы Дмитрием Менделеевым стало ясно, что вода «не желает» соответствовать закономерностям этой системы, ведь согласно таблице Менделеева вода должна замерзать при ‑90 градусах по Цельсию и закипать при ‑70 градусах по Цельсию. Известный академик Петрянов утверждает, что почти все физические и химические свойства воды являются исключением из правил существования всего сущего на нашей планете. Именно поэтому воду по праву можно назвать самым удивительным и уникальным веществом в природе. И хотя ученые постоянно работают над разгадыванием и объяснением тайн воды, её уникальные свойства настолько неисчерпаемые и любопытные, что полностью объяснить каждый из них никак не получается. Академик и геолог Карпинский всегда говорил, что вода – это драгоценное ископаемое, которое дарит нам возможность жить на планете Земля! Какими же уникальными свойствами обладает прозрачная жидкость без вкуса и запаха, которую мы называем «вода»?

Физические свойства воды:

- Вода характеризуется большой теплоемкостью и хорошей теплопроводностью, поэтому она медленно нагревается и так же медленно остывает. Благодаря высокой теплоемкости, вода может поглощать и отдавать тепло при изменении температуры. Это имеет большое значение для млекопитающих для поддержания температуры тела на определённом уровне. - Разница между температурой кипения и температурой замерзания – один из самых широких диапазонов, представленных когда – либо в природе. Это именно тот диапазон, в котором может существовать жизнь от человека до бактерий.

- Мы знаем, что вода способна испаряться. Испарение – это переход из жидкости в газ. Процесс испарения идёт непрерывно и требует много энергии, в результате вода не может просто так «улетучиться». Таким образом, поддерживается стабильность среды водоемов, где жизнь многих видов зависит от температуры вод. - Максимальная плотность воды при 4 С° равна 1 г/см3. В твёрдом состоянии вода является менее плотной, поэтому лед не тонет. Если бы лед был тяжелее воды, то в зимнее время лед бы уничтожал жизнь в воде. Водоёмы превратились бы в одну сплошную глыбу льда. - Вода является отличным растворителем. В ней растворяются различные вещества, в том числе кислород и диоксид углерода ( газированная вода). - Вязкость воды обладает идеальными для обеспечения и поддержания всех жизненно важных процессов в человеческом и любом другом живом организме характеристиками. Если бы вода обладала более низкой вязкостью, то она бы неслась по нашим сосудам с разрушающей скоростью и силой. Более же высокая вязкость воды тормозила бы течение жидкости по сосудам, из-за чего все жизненные процессы, происходящие в тканях нашего организма, просто бы остановились и прекратились. Но вода обладает оптимальной вязкостью, что является еще одним её уникальным свойством! - Энергоинформационные свойства воды. Многие учёные современности считают, что вода обладает «памятью». Доктор альтернативной медицины, японский ученый и целитель Масару Эмото, своими исследованиями показывает, что вода способна хранить и передавать информацию. В своей работе «Послания воды», он утверждает, что человеческое сознание влияет на молекулярную структуру воды. По словам доктора Эмото, мысли и слова имеют уникальный магнитный код, который может взаимодействовать с водой. В результате, вода создает либо красивые и гармоничные формы, либо уродливые в зависимости от слов и эмоций, которые сопровождают наши слова. Каким образом поддерживаются все эти качества воды, является непостижимым для нашего ума. Но это еще более подчеркивает важность воды для живых существо. Мы можем только констатировать эти факты и использовать их в своей жизни.

Химические свойства воды:вкус, цвет, запах и цвет воды. Все эти показатели зависят от ее химического состава, который может быть весьма разнообразен благодаря растворяющей способности воды. Источники воды также имеют непосредственное значение в этом вопросе. Все источники воды на Земле делятся на два вида: поверхностные и подземные. К поверхностным водам относятся океаны, озера, реки и ледники. Подземные воды залегают на различных расстояниях от поверхности земли. Они включают в себя межпластовые, артезианские и карстовые.

– Минерализация. Благодаря свойствам растворителя, вода является кладезем полезных химических элементов. Например, в подземных водах представлена вся Периодическая таблица Л.И Менделеева, включая редкоземельные элементы. Кроме того, такая вода бедна на микроорганизмы. Болезнетворных возбудителей в них практически нет. Для повседневного питья такую воду использовать нельзя из – за насыщенного минерального состава. Такая вода может использоваться исключительно в лечебных целях. Для утоления жажды и приготовления пищи лучше использовать воду с общей минерализацией от 0 до 1000 мг/л. Вода с повышенным содержание минеральных солей —1000- 8000 мг/л используется по назначению врача. - В зависимости от содержания солей кальция и магния вода может быть жесткой и мягкой.Жесткая вода содержит много минералов. Своим происхождением она обязана водоемам, которые находятся на глубине несколько десятков метров от поверхности земли. Насыщение воды минералами происходит во время её прохождения через почву. Такая вода образует солевые осадки на всем с чем соприкасается, например, на сантехнике, чайнике или посудомоечной машине. При хранении такой воды выпадает осадок, вода становится мутной и желтеет.Мягкая вода по происхождению из поверхностных водоемов и содержит намного меньше минералов.

- В зависимости от рН вода может быть кислой или щелочной (рН от 6-9), Гидрокарбонатная вода имеет сладковатый вкус и более щелочную реакцию.

3. Значение воды для организма человека.

Без воды существование человека невозможно. Наш организм на две трети состоит из воды, а часть из неё ежедневно расходуется. Даже здоровье человека зависит от качества употребляемой в пищу воды. Для нормальной работы всех систем человеку необходимо как минимум 1,5 литра воды в день. Если снизить суточное потребление воды на 3- 5 %, это приведёт к ухудшению самочувствия, быстрой утомляемости и преждевременному старению кожи. При дефиците воды в 10% повышается риск многих заболеваний.

     Вода входит в состав крови и, соответственно, участвует в транспорте веществ, доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли) и уносит отходы жизнедеятельности. Кроме того, вода участвует в процессе терморегуляции и дыхания.

Итак: вода нам жизненно необходима, но, с другой стороны, она же является одной из главных причин заболеваемости в мире. Вода в природе содержит множество микроорганизмов, некоторые из которых вызывают у человека тяжелые заболевания (холера, тиф, гепатит или гастроэнтерит). Загрязнение воды может быть и химическим. При этом последствия употребления грязной воды могут наступить как немедленно, так и через несколько лет.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод: без воды наше существование невозможно, а без хорошей воды невозможно хорошее существование.

4. Значение воды для хозяйственной деятельности человека.

Во всем мире ежегодно потребляется около 5 тыс. м³, при этом больше половины потребляемой воды уходит безвозвратно. В процентном соотношении потребление водных ресурсов имеет следующие характеристики: 1.Сельское хозяйство - 63%; 2. Промышленное водопотребление (металлургия, химическая пром., деревообрабатывающая пром.) - 27% от общего количества; 3. Коммунально-бытовые потребности - 6%; 4. Водохранилища - 4%.

Мало кто знает, что для того, чтобы вырастить 1 тонну хлопка требуется 10 тысяч тонн воды, на 1 тонну пшеницы — уходит 1500 тонн воды, производство 1 тонны стали необходимо 250 тонн воды, а 1 тонна бумаги требует не менее 236 тысяч тонн воды. Но на этом потребление водных ресурсов не заканчивается. Свидетельствует об этом, например, водный транспорт или процесс разведения как морских, так и пресноводных рыб. Причем для разведения рыб понадобиться исключительно чистая вода, насыщена кислородом и без содержания вредоносных примесей. Примером использования водных ресурсов являются рекреационные зоны. Нет такого человека, которому бы не нравилось отдыхать у водоема, расслабиться, искупаться. В мире почти 90% рекреационных зон находятся недалеко от водоемов.

Исследовательская часть.

По данным Всемирной организации здравоохранения, 85% всех заболеваний в той или иной степени связаны с питьевой водой. Поэтому важно не просто ежедневно пить воду, а пить воду хорошего качества. Это относится и к воде, используемой для приготовления пищи и напитков. Водопроводная вода, поступающая к нам в квартиры, проходит очистку, но часто концентрация некоторых вредных веществ в ней значительно превышает нормы и перед потреблением встаёт вопрос: какие меры необходимо принять для очищения водопроводной воды, чтобы она стала пригодной для приготовления пищи? Как проверить качество питьевой воды в домашних условиях. Для определения качества водопроводной воды мы решили сравнить её с - водой бутилированной, которая соответствует санитарным нормам питьевой воды;

- водой из открытого водоёма, которая для питья не пригодна, т.к. не подвергается очистке.

Мы предлагаем следующие способыизучения качества воды в домашних условиях (фото отчёт можно увидеть в приложении).

Способ 1.  Определение цвета воды. Чистая вода бесцветная, если вода имеет оттенок, то это означает, что вода содержит различные примеси и для питья непригодна. Если при отстаивании или нагревании изначально прозрачная вода приобретает желтовато – бурую окраску, это показатель присутствия в ней растворенного железа и марганца - такая вода первоначально прозрачна, но при отстаивании или нагреве приобретает желтовато - бурую окраску, данные примеси являются причиной ржавчины, подтеков на сантехнике. При повышенном содержании железа вода также приобретает   характерный «железистый» привкус. Опыт: в пробирку наливаем по очереди каждый из образцов, для определения цвета образца с обратной стороны прикладываем к пробирке лист бумаги. Результат опыта: образец бутилированной воды (далее – образец 1) является прозрачным, цвета не имеет. Образец водопроводной воды (далее – образец 2) имеет слабо выраженный желтоватый оттенок, что свидетельствует о наличии небольшого количества примесей в воде. Талая вода (далее – образец 3) имеет серовато – бурый оттенок и небольшое количество мелких твёрдых частиц неизвестного происхождения. Вывод: для питья подходит лишь 1 образец воды.

Способ 2. Определение в воде органических веществ. Вредные примеси в воде органического происхождения – это растительные остатки, кислоты почв, сложные промышленные химические соединения, бытовые стоки и т. д. Также в воде можно обнаружить различные вирусы и бактериальные клетки. Опыт: в каждый образец добавляем раствор перманганата калия, и если окраска останется прежней, значит, что органических веществ воде не содержится. Результат: при добавлении перманганата калия в образцы 1 и 2 окраска осталась прежней (розовая ), образец 3 изменил окраску. Вывод: 1,2 образец прошли испытание, а в 3 – ем образце были обнаружены органические вещества.

Способ 3. Фильтрация воды на определение  наличия посторонних частиц.Для определения посторонних частиц в воде мы использовали марлю. Через марлю наполняем сосуды образцами воды, оставляем на сутки. Результат: в образцах 1 и 2посторонних частиц не обнаружено. Образец 3 – обнаружено наличие твёрдых частиц.

 Способ 4. Определение запаха воды.Запах и цвет воды являются определяющими в эстетическом аспекте, также они могут косвенно указывать на наличие в воде определенных загрязнений. Запахи и привкусы воды – признак содержания в ней определённых веществ, обуславливающих эти явления: растворённых солей, различных химических и органических соединений. Опыт: чтобы определить наличие запаха, воду нужно нагреть до температуры 50 – 60 С⁰, для этого нам понадобится термометр и горелка с сухим горючим. Результат опыта: во 2 – ом образце обнаружен заметный запах хлора, в 3 – ем образце обнаружен отчётливый неприятный запах, в 1 образце запаха не обнаружили.

Способ 5.  Вкусовой тест. Как упоминалось ранее, вкус воды может косвенно указывать на наличие в воде различных чужеродных примесей. Опыт: данное исследование выполнить достаточно просто. Необходимо как следует прополоскать рот чистой водой, чтобы полость рта и поверхность языка полностью очистились, далее, те же действия нужно провести и с водопроводной водой. Сравнить вкусовые ощущения. Результат: образец 1- безвкусная вода, образец 2 – вода имеет лёгкий «металлический» привкус.

Способ 6. Определение мутности воды. Мутность – это показатель, характеризующий уменьшение прозрачности воды в связи с наличием неорганических и органических веществ. Причинами мутности воды может быть наличие в ней песка, глины, неорганических соединений, а также органических примесей или живых существ, например бактерио, фито- или зоопланктона. Также причиной может быть окисление соединений железа и марганца кислородом воздуха, что приводит к образованию коллоидов. Опыт: Заполняем пробирку водой до высоты 10 – 12 см.Под пробирку помещаем лист чёрного картона, сбоку освещаем её дополнительным источником света. Визуально определяем мутность воды. Результат: В образцах 1 и 2 мутность незаметна (отсутствует), образец 3 – вода мутная. Это говорит о том, что вода 3 образца содержит в себе примеси органических и неорганических веществ.

Способ 7. Определение жесткости воды. Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных веществ, главным образом, кальция и магния (так называемых солей жёсткости).Для бытовых нужд достаточно поверхностной оценки, чтобы определить жесткость воды. Ход работы: в пробирки наливаем образцы воды по 10-15 мл. В каждую пробирку кидаем стружки мыла и сильно встряхиваем пробирку (около 5 минут). Даем отстояться, и описываем внешний вид полученных растворов: есть ли осадок в виде хлопьев, много осадка или мало, раствор почти прозрачный и т.д. Результат: Образец 2 – раствор мутный, много осадков в виде хлопьев, это говорит о том, что вода содержит соли, которые после кипячения выпадут в осадок (накипь). Образцы 1,3 – раствор мутный, но осадка почти нет, значит, вода более мягкая.

По результатам изучения органолептических свойств воды, можно сделать следующие выводы: бутилированная вода не содержит каких – либо подозрительных примесей, не имеет запаха и цвета, только эта вода (из предложенных образцов) пригодна для питья и приготовления пищи в необработанном виде. Водопроводная вода имеет запах и вкус, который свидетельствует о посторонних примесях солей, такую воду можно использовать в бытовых целях, а после дополнительных методов очистки (фильтрация и кипячение) её можно использовать для питья и приготовления пищи. Вода из водоёма не пригодная для использования ни в бытовых нуждах, ни для приготовления пищи.

Способы очищения водопроводной воды.Вода из водопровода требует очисткидаже в том случае, если дом недавно построен и все коммуникации новые.Я хочу предложить следующие методы очистки водопроводной воды в домашних условиях:

1.Кипячение – это наиболее известным способом очистки воды. Когда высокая температура действует на воду, происходит ее стерилизация и вода очищается от микроорганизмов (вирусов, микробов), но такой эффект можно получить только при кипячении воды в течение четверти часа, не накрывая крышкой, чтобы с паром удалялись вредные соединения. Обработанную таким образом воду нужно закрыть крышкой, чтобы не проникали бактерии из воздуха, остудить и разлить в стеклянные сосуды, плотно закрыв их. Хранить такую воду лучше в холодильнике.

2.Отстаивание – это очень простой способ очистки. Воду нужно налить в какую – либо ёмкость и дать постоять ей не менее 8 часов, за это время летучий хлор вместе с другими летучими примесями испарится. Ускорить процесс помогут периодические помешивания воды. При этом соли тяжелых металлов осядут на дно, потому, можно использовать только 2/3 такой воды, 1/3 (донную часть) нужно вылить вместе с осадком.

3.Поваренная соль является прекрасным очистителем водопроводной воды. На 2 литра воды потребуется 1ст.л. соли. Спустя 15-25мин., такая вода будет свободна от вредных микроорганизмов и солей тяжелых металлов. Минус этого метода в том, что эту воду не стоит употреблять ежедневно.

4.Заморозка  – сегодня это все более популярный метод очищения воды, который, к тому же, считается еще и самым эффективным. В ёмкость (любую, кроме стеклянной) наливается вода. Чистая пресная вода замерзает быстрее, чем вода с примесями солей. Поэтому, когда вода замёрзнет примерно на половину, незамерзшую жидкость необходимо слить(в ней все вредные примеси). Замороженную воду можно растопить и использовать для приготовления пищи. Некоторые современные учёные и врачи считают, что талая вода, выпитая сразу после разморозки, является чрезвычайно целебной, способной ускорить многие восстановительные процессы в организме, увеличить работоспособность, облегчить состояние при аллергии, дерматитах, зуде, бронхиальной астме, стоматите.

5.Очищение воды с помощью кремния. Небольшой кусочек этого вещества можно приобрести в аптеке. Перед применением кремний необходимо хорошо промыть в теплой проточной воде, далее, нужно положить его в 2-х литровую банку и налить туда холодную воду, прикрыть банку марлей и поставить на свету, но вдали от прямых лучей солнца. Через два-три дня очищенная вода готова. Для очистки 1 – 5 литров воды потребуется 3-10г вещества. На дне сосуда образуется осадок, воду с осадком пить нельзя (3 – 5 см от дна).

6.Хорошо очищает воду активированный уголь. Он же является основой большинства фильтров. Уголь нейтрализует неприятный запах (старых ржавых труб, к примеру, или хлорки), но и, подобно губке, впитывает вредные вещества из водопроводной воды. Таблетки активированного угля можно обернуть в марлю (в расчете 1 таблетка на 1 литр воды) и поместить в сосуд с водой. Спустя 8 часов вода очистится и будет готова для употребления в пищу.

7.С давних времён для очистки воды используется серебро. Серебром можно очищать воду, освобождая ее от химических соединений и вредных микробов и вирусов, т.к. металл обладает антибактериальным свойством. В ёмкость с водой помещается серебряная монета или ложка на 10 – 12 часов. После этого очищенную воду можно использовать.

8.Существуют народные методы очистки воды: корой ивы, луковой шелухой, ветками можжевельника и листьями черемухи также эффективны и хороши да получения чистой воды, такой процесс очистки займет около 12ч.

9.И всё же, очистка воды бытовым фильтром в виде кувшина (в нем используют фильтр угольно-кремниевый), остаётся самым распространённым методом. Фильтр убирает из воды хлорку, токсичные металлы, при условии своевременной замены картриджа. Так же можно использовать различные насадки на краны и стационарные фильтры. Но при многих достоинствах, у таких фильтров есть 1 недостаток — немалая цена. Хотя, конечно, с какой стороны посмотреть, ведь самая ценная инвестиция – инвестиция в свое собственное здоровье…

Заключение.

С каждым годом количество пресной воды на Земле уменьшается. Согласно прогнозам, через 15-20 лет не менее 40% жителей Земли будут жить в условиях дефицита воды. Изменение экологической обстановки на планете может привести к тому, что количество питьевых источников значительно сократится, а некоторые могут и вовсе иссякнуть. Поэтому очень важно знать о способах очисти воды, уметь применять некоторые простые методы очистки на практике. В своей работе мы затронули эти важные и актуальные проблемы качества питьевой воды. Ведь чистая питьевая вода - это одно из самых необходимых условий для здоровья человека. В ходе работы были проанализированы различные источники информации, благодаря чему я расширила свои знания о пресной воде и её свойствах, так же, мы освоили методику определения качества питьевой воды в домашних условиях (проведены 7 опытов). Рассмотрены методы очистки воды в домашних условиях. Работа в данном направлении продолжается. В настоящее время мы планируем:

1.Выпустить буклет по охране и пользе питьевой воды, по способам её очистки. Я считаю, что информация, которую мы готовим для буклета, будет полезна как для учеников младших классов, так и для ребят среднего и старшего звена нашей школы.

2.Все предложенные методы очистки воды мы планируем опробовать и рассказать о полученных результатах в ближайшее время.

3. Запланировано посещение организации «Водоканал», очистных сооружений.

Результаты работы будут изложены в следующем проекте.

Список литературы:

1.А.С. Степановских Экология. — Курган: ГИПП «Зауралье».

2.Наука/ Пер. с англ. М.М. Жуковой, В.В. Свечникова, С.В. Чудова, С.Э. Шафрановского. – М.: ЗАО «РОСМЭН – ПРЕСС», 2006.

3.Петрянов И.В., Самое необыкновенное вещество в мире. Москва, 1975г. 96 с.

4.Синюков В.В. Вода известная и неизвестная – М.: Знание, 1987. – 176 с.

5. Интернет – ресурсы:

https://www.ozdorovlenie-peptidi.ru/2013/06/voda.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%B0

https://vodavomne.ru/svojstva-vody/voda

https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/264

https://studwood.ru/1181044/ekologiya/znachenie_vody_hozyaystvennoy_deyatelnosti_cheloveka

https://studopedia.ru/19_19721_rol-vodi-v-prirode-i-hozyaystvennoy-deyatelnosti-lyudey.html

https://nayada.dp.ua/news/znachenie-vody-v-promyshlennosti

https://velnesportal.ru/novosti/unikal-ny-e-svojstva-vody-istochnika-zhizni

https://bestlavka.ru/11-unikalnyh-svojstv-vody-interesnye-fakty-o-vode/

https://utmagazine.ru/posts/8391-vodnye-resursy

https://fitdeal.ru/zdorovje/ochistka-vody-v-domashnix-usloviyax.html

https://nortest.pro/stati/voda/ochistka-vodoprovodnoj-vody.html