microbik.ru
1 2 3


научно- исследовательская конференция обучающихся

« Экополис- вектор в будущее»



СВОЙСТВА ВОДЫ. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБ ВОДЫ НА

ТЕРРИТОРИИ ВЕРХНЕКЕТСКОГО РАЙОНА

Авторы: Бачинский Василий, Ларионов Александр,

Ларионов Данил, обучающиеся 9 класса

Белоярской средней школы №2

Руководитель: Мокина Н.М., учитель химии

2012г.

Содержание

  1. Введение

  2. Цели и задачи

  3. Актуальность

  4. Теоретическая часть проекта

  5. Вода и её профессии.

  6. Вода - хранитель энергии.

  7. Свойства воды.

  8. Запасы воды на Земле.

  9. Экологическое состояние воды; проблемы чистой воды в Волгоградской области.

  10. Методика исследования

  11. Исследования по работе

  12. Практическая часть проекта

  13. Практическое определение жёсткости воды, её рН в различных источниках на территории Верхнекетского района.

  14. Выводы

  15. Литература

  16. Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Тёплые мартовские дни... Под лучами весеннего солнца тает снег, и всё явственнее и слышнее журчание весёлых ручейков. Осенью и ранней зимой мы наблюдаем превращение воды в снег и лёд.

Помните чудесные строки А. С. Пушкина, которыми начинается V глава «Евгения Онегина»?
В тот год осенняя погода

Стояла долго на дворе,

Зимы ждала, ждала природа

Снег выпал только в январе

На третье в ночь.

Проснувшись рано,

В окно увидела Татьяна

Поутру побелевший двор,

Куртины, кровли и забор,
На стёклах лёгкие узоры,

Деревья в зимнем серебре,

Сорок весёлых на дворе

И мягко устланные горы

Зимы блистательным ковром.

Всё ярко, всё бело кругом

Наш проект носит информационно-исследовательский характер

Вода — удивительное вещество. Ей удаётся легко менять свой внешний облик. При этом вода уникальна и ничем не заменима. Она является основой жизни. Ей уделяют много внимания философы, государственные деятели, поэты и писатели.

Сегодня мы поговорим о некоторых свойствах этой самой распространённой жидкости в природе.

Наша группа собирала сведения о свойствах воды и ее составе. Изучая литературу, мы узнали, что человек использовал воду с незапамятных времён и считал её одной из четырёх стихий природы (огонь, вода, земля и воздух).

В священной древнеиндийской книге «Ригведа» сказано:

О, священные воды,

Будьте нашей защитой,

Утолите нашу жажду,

Подарите нам блаженство и счастье.

Английская королева Елизавета I издала указ об учреждении премии в 10 000 фунтов стерлингов за изобретение дешёвого способа опреснения и обессоливания воды. Однако вознаграждение ещё до сих пор не вручено.

А вот что писал Антуан де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты — сама жизнь. Ты — самое большое богатство на свете».

Леонардо да Винчи назвал воду «соком жизни». И это соответствует действительности, поскольку на Земле нет ни одного даже примитивного существа, которое могло бы обходиться без воды. От 80 до 95% массы всех растений и 70% массы всех животных приходится на воду. Человеческий мозг содержит до 80% воды. Потеря человеком влаги в количестве 6-8% от массы тела вызывает тяжёлое состояние, близкое к обмороку. При потере 10-12% влаги перестаёт биться сердце.

По данным ЮНЕСКО, почти в каждой стране есть проблемы с водоснабжением из-за дефицита источников пресной воды высокого качества. Исследования показали достоверную связь между заболеваниями печени, желчного пузыря, поджелудочной железы и т. д. и количеством вредных примесей в воде.

Для защиты здоровья людей необходимо сохранять чистоту воды и очищать воду от вредных веществ.

Цели: изучение свойств воды; экологических проблем, связанных с загрязнением природных вод; освоение колориметрического и других способов анализа воды.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

    1. Изучить литературные источники о свойствах воды и экологических проблемах.

    2. Практически ознакомиться с методикой определения жёсткости воды и рН.

    3. Провести анализ питьевой воды из различных источников на территории Верхнекетского района

Методы работы

Исследовательский, экспериментальный, наблюдение, анкетирование

Объект исследования

  1. Колодезная вода из колодцев по улицам: Мелиораторов, Кашурникова, Таежная, Южная, Мира, Гагарина, Свердлова

  2. Водопроводная вода - Станция Белый Яр

Гипотеза

Соответствует ли колодезная вода поселка Белый Яр стандартам. Доказать с помощью химического анализа и на основе заключения Роспотребнадзора.

Результат:

Соответствует потому, что не имеет запаха, прозрачна, при кипячении в чайнике не образуется накипь, в отличии от воды в населенных пунктах Клюквинка, Сайга, Палочка.

Теоретическая часть проекта

ВОДА И ЕЕ ПРОФЕССИИ

Вода - самое распространенное вещество на Земле: три четверти поверхности планеты покрыто морями, океанами, реками, ледниками. Вода в больших количествах содержится в земной коре. Общее содержание воды на земном шаре составляет около 16 млрд км3 - 0,25 % массы планеты. 13 млрд км3 рассредоточено в глубинных слоях. Большая часть оставшейся разницы входит в состав горных пород и минералов. 1385 млрд км3 составляет гидросферу Земли. Значительные количества воды содержит атмосфера. В ней постоянно находится в виде водяного пара до 13000 км3 воды. Помимо того, вода входит в состав горных пород и минералов (глина, гипс), в состав почвы, находится во всех растительных и животных организмах, достигая в некоторых случаях 99 % их веса.

Значительная часть воды на нашей планете скрыта под ее поверхностью. Лишь относительно малая доля воды выходит наверх то в виде тихих лесных ключей, то в виде горных ручейков или бурных пароводяных фонтанов-гейзеров.

Вода - одно из наиболее важных веществ на Земле. Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Без воды человек, например, мог бы прожить не более 2-3 дней. За 60 лет человек в среднем выпивает 50 т воды - целую железнодорожную цистерну. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды больше в 2 раза по весу, чем питательных веществ. Если количество воды в человеческом теле уменьшится на 1-2 % (0,5 л) - человек испытывает лишь жажду; на 5 % (2-2,5 л) - кожа сморщивается, во рту «пересыхает», сознание затемняется; на 14-15 % (7-8 л) - человек умирает.

Вода имеет первостепенное значение и для химических реакций, в частности биохимических. Древнее положение алхимиков: «тела не действуют, пока не растворены» - в значительной степени справедливо. Кровь человека по химическому составу близка к морской воде (относительное содержание элементов в %)





Хлор

Натрий

Кислород

Калий

Кальций

Прочие

Вода океана

55,0

30,6

5,6



1,2

6,5

Кровь человека

49,3

30,6

9,9

1,8

0,8

8,2







Соленость крови человека около 1 % - это соленость воды средней части Балтийского моря. При заболеваниях, когда организм сильно обезвоживается или при потере крови, вводят под кожу физиологический раствор - 0,85 %-й раствор хлорида натрия. Так мы носим в своем теле следы морского происхождения. Температура нашего тела (36,6 °С) не случайна, а связана со свойствами воды: при более высокой температуре увеличивается способность воды к химическим реакциям, нарушается строгий порядок строения нуклеиновых кислот, определяющих наследственность, возникают уродства, болезненные отклонения и т. д.

Все живые существа на земле содержат воду в большем или меньшем количествах. Например, медуза содержит 97 % воды.

Человек весом 70 кг содержит до четырех ведер воды (45-50 кг), включая ткани и кости. А трехдневный зародыш - 97 %, восьмимесячный - 81 %, новорожденный - 80 %, годовалый - 66 %.

Все жизненные процессы в человеческом организме протекают с участием воды. С водой удаляются из нашего организма ядовитые шлаки; слёзы, состоящие на 99 % из воды, непрерывно увлажняют глаза, смывая с них пылевые частицы.

Почки пропускают и очищают от ядовитых продуктов за сутки 2 м3 крови. Если мы обратимся к животному и растительному миру, то распределение воды в них такое: меньше всего воды содержат мхи, лишайники - 5-7 % от веса; злаки - 12-14 %, насекомые - 46-65 %, млекопитающие - 60-65 %, рыбы - 70 %, картофель - 80 %, яблоки, груши - 85 %, огурцы, помидоры, грибы - 90-95 %

Вода природная широко используется в трёх важнейших областях - сельском хозяйстве, в энергетике, на водном транспорте. Но у неё есть и другие профессии.

  • Вода - целитель. При купании вода благоприятно влияет на кожный покров, улучшает кровообращение. Древние греки изобразили богиню здоровья Гигиену в виде прекрасной молодой женщины с чашей воды в руке (от имени богини образовано слово «гигиена»),

  • Вода - землекоп. Гидромониторы (водомёты) - это водяные пушки, через которые подаётся струя воды под давлением 6-12 атм., легко размывает породы.

  • Вода - измеритель. Водяные часы (клепсидра) использовались в Греции, Риме для измерения. Вот из глубокой древности дошло до нас выражение: «Ваше время истекло». Вода использована и для измерения количества тепла в калориях. Так один грамм чистой воды при нагревании на 1 °С и есть калория.

  • Вода - тушит пожары. Вода не горит, она уже сгорела, она как бы зола водорода, то есть мы заливаем горящие предметы уже сгоревшей водой.

  • Вода - взрывает. При замерзании вода расширяется. В камни (валуны) заливают воду, она замерзает и взрывает их. Набухают и растительные ткани, например, горох: давление развивается при набухании бобов до 400 атм. Известен случай: в Чёрном море сел на камни пароход, в трюмах которого был горох. В трюм проникла вода, горох разбух и разорвал пароход.

  • Вода и политика. Границы государств проходят через моря. В России 40 тыс. км морских границ проходят по 14 морям.

  • Вода и оборона. Наши предки основывали города на берегах рек и ставили Кремль или укрепление под прикрытием реки. Таково положение Московского Кремля на Москве-реке. Примером использования гидрологической обстановки в военных целях является обход частями Красной Армии позиций белых под Перекопом в ноябре 1920 г. по заливу Сиваш, в котором обнажилось илистое дно, благодаря сгонному ветру.

  • Вода и магия. В христианском обряде крещения воде приписываются магические свойства «очищения» от злых духов. Вода употребляется и для гадания. И сейчас часто говорят о человеке, предугадавшем события: « Как в воду глядел».

  • Вода угрожает. Если воды катастрофически мало или много, наступают стихийные бедствия - засухи, наводнения.

  • Вода - взрывает. При замерзании вода расширяется. В камни (валуны) заливают воду, она замерзает и взрывает их. Набухают и растительные ткани, например, горох: давление развивается при набухании бобов до 400 атм. Известен случай: в Чёрном море сел на камни пароход, в трюмах которого был горох. В трюм проникла вода, горох разбух и разорвал пароход.

  • Вода и политика. Границы государств проходят через моря. В России 40 тыс. км морских границ проходят по 14 морям.

  • Вода и оборона. Наши предки основывали города на берегах рек и ставили Кремль или укрепление под прикрытием реки. Таково положение Московского Кремля на Москве-реке. Примером использования гидрологической обстановки в военных целях является обход частями Красной Армии позиций белых под Перекопом в ноябре 1920 г. по заливу Сиваш, в котором обнажилось илистое дно, благодаря сгонному ветру.

  • Вода и магия. В христианском обряде крещения воде приписываются магические свойства «очищения» от злых духов. Вода употребляется и для гадания. И сейчас часто говорят о человеке, предугадавшем события: « Как в воду глядел».

  • Вода угрожает. Если воды катастрофически мало или много, наступают стихийные бедствия - засухи, наводнения.

«ЖИВАЯ» И «МЕРТВАЯ» ВОДА
Наша группа работала над изучением состава и свойств «мёртвой» и «живой» воды. В 1933 г. в Калифорнийском университете (США) Г. Льюис совместно со своим учеником выделил из природной воды тяжёлую воду, которая обладала свойствами «мёртвой» воды. Тяжёлая вода подавляет всё живое, угнетающе действует на обменные процессы в живых организмах, способствует старению организма. В 1934 г. академик Н. Д. Зелинский, узнав об открытии тяжёлой воды, писал: «Кто бы мог подумать, что в природе существует ещё другая вода, о которой мы до прошлого года ничего не знали, вода, которую в весьма небольшом количестве мы ежедневно вводим в свой организм вместе с питьевой водой!»

Каково же строение молекулы тяжёлой («мёртвой») воды и чем она отличается от обычной?

Присутствующим известна молекулярная формула воды: она показывает, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В ядре атома водорода находится один протон, около ядра - один электрон. Такой атом водорода назвали протием .

Но в природе есть атомы водорода, в ядре которых находятся один протон и один нейтрон, около ядра — один электрон. Это атомы дейтерия (2Н, или D). Если только такие атомы водорода входят в состав воды, то её формула D20, если они сочетаются с атомами протия, — HDO. И та и другая обладают свойствами тяжёлой («мёртвой») воды.

В природе есть также атомы водорода, в ядрах которых находятся один протон и два нейтрона, около ядра — один электрон. Такой водород называют тритием. Формулы воды, содержащей тритий, - Т20, DTO, НТО. Это тоже тяжёлая («мёртвая») вода. Такая вода в малых количествах есть в обычной питьевой воде и отрицательно действует на всё живое.

А что такое «живая» вода?

Длительные наблюдения и исследования показали, что это чистая талая вода. Она облегчает работу всех внутренних органов человека, нормализует состав крови, что обеспечивает полноценную работу сердечно-сосудистой системы, головного и спинного мозга, мышц, улучшает общее самочувствие.

Вспомним русские сказки. Живая вода - это молодость, здоровье, жизнь; мертвая вода - это смерть. Подобие живой и мертвой воды существует в природе. Живая, животворная вода - это вода, образовавшаяся от растаявшего снега или льда.

Мертвая - это тяжелая вода. ДгО с t кипения = 101,4 °С, t замерзания = +3,8 °С, плотностью 1,1 г/см3, она хуже растворяет соли, в ней замедлены химические реакции (в 5 раз), семена, смоченные этой водой, не прорастают.

«Живая» вода - талая вода, обладающая целебными свойствами, с сохранением в ней структуры льда, более рыхлой, чем в жидкой воде. Березовый сок, собираемый ранней весной, представляет собой талую воду, прошедшую через живые клетки и обогатившуюся витаминами. Может быть, он поэтому и целебен? Активное биологическое воздействие «живой» воды впервые было обнаружено в Арктике, когда при таянии льда было замечено интенсивное развитие планктона. Вода тающего льда (и, конечно, снега) увеличивает в 1,5-2 раза урожайность сельскохозяйственных культур, прирост молодняка, оказывает омолаживающее действие на организм как животных, так и человека. В талой воде сохраняются очаги ледяных структур. Это, своего рода, «память» воды. Дело в том, что ледяная структура воды более рыхлая, и в пустоты ледяной решетки идеально укладываются биомолекулы без их повреждения, с сохранением потенциальных жизненных функций.

При употреблении свежей талой воды очаги льдоподобной структуры размером 20 ангстрем свободно проходят через стенки пищеварительного тракта, и могут поступать в различные органы человека, производя оздоравливающе и омолаживающее воздействие на весь организм. В то же время, установлено, что если растопить снег и вскипятить полученную из него талую воду, то она теряет стимулирующее действие.

Серебряная вода - это тоже вид живой воды. Применялась в глубокой древности. Во всяком случае, еще 2,5 тысячи лет назад персидский царь Кир во время походов пользовался водой, сохраняемой в серебряных сосудах. В Индии обезвреживали воду, погружая в нее раскаленное серебро. Действительно, опыт тысячелетий показал, что вода, в течение некоторого времени находившаяся в серебряном сосуде, перелитая затем и хранившаяся в течение года, не портилась.

Научные исследования серебряной воды были впервые поставлены в Швейцарии ботаником Негели в конце XIX века. В XX веке во многих странах было проведено множество работ по изучению эффективных способов получения и применения серебряной воды для самых разнообразных целей. В настоящее время в разных странах изготавливаются фабричные ионаторы для получения больших количеств серебряной воды различных концентраций.

Ионы серебра обладают антимикробным действием. Серебряная вода с успехом применялась для обеззараживания питьевых вод. Электролитический раствор серебра может применяться для консервирования молока, сливочного масла, меланжа, маргарина, для повышения стойкости некоторых микстур, для ускорения процесса старения вин, улучшения их вкусовых качеств. Серебряная вода служит эффективным лечебным средством при воспалительных и гнойных процессах, вызванных бактериальным заражением, а также при лечении желудочно-кишечных заболеваний, язвенной болезни, воспалительных процессов носоглотки, глаз, ожогов и т. д. Серебряная вода применяется также в ветеринарии для профилактических и лечебных целей.

Есть и еще один вид воды - омагниченная. Такую воду получают путем пропускания через магниты, вмонтированные в трубопровод, по которому течет вода. Вода при этом изменяет свои физико-химические свойства: скорость химических реакций в ней увеличивается, ускоряется кристаллизация растворенных веществ, увеличивается коагуляция.

Таким образом, самое удивительное вещество на Земле - вода таит в себе еще много неизвестных человеку свойств, которые наука должна изучить и использовать на благо человечества.

ВОДА КАК ХРАНИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ

Рассмотрим существенную роль воды как хранителя и распространителя солнечной энергии на Земле. В этой роли вода выступает во всех трех состояниях - твердом, жидком, газообразном. В виде пара в атмосфере, то конденсирующегося в капельки, то снова испаряющегося, вода является главным создателем климата и ежедневной погоды. В виде жидкости в морях и океанах вода выступает как гигантский термостат, как регулятор тепла на всем земном шаре. Рассмотрим непрерывный и бесконечный процесс циркуляции воды - из океана в воздух, из воздуха - в почву, из почвы - в реки, из рек — снова в океан. Процесс, который называется круговоротом воды в природе. Ежедневно с поверхности океанов и морей испаряется около 320 ООО км3 воды. Около 60 ООО км3 воды испаряется с суши, а также с водой поверхности озер и рек. Таким образом, ежегодно в общей сложности около 380 ООО км3 воды уносится в атмосферу, чтобы превратиться в 380 ООО км3 осадков, потому что за каждый год количество испарившейся воды в точности до последней капли соответствует количеству осадков, выпавших в виде дождя или снега. Как известно, 1 грамм воды, испаряясь, поглощает около 600 кал. тепла. Можно образно представить себе, что он уносит с собой эту тепловую энергию в воздух. Рассеянные в воздухе молекулы воды обычно включаются в мировую систему циркуляции, обусловленную неравномерным распределением солнечной энергии на Земле. Наибольшее количество энергии на земном шаре получает экваториальная область; по мере движения от этой срединной области к северу и югу, количество поступающей солнечной энергии уменьшается. Поэтому в тропиках испарение значительно сильнее и воздух теплее, чем где бы то ни было. И дело не только в том, что в тропиках в воздух поступает больше влаги, но еще и в том, что эта влага поднимается над тропическими морями и землями выше, чем в умеренных широтах. На большой высоте теплый поднявшийся воздух растекается к северу и югу, постепенно опускаясь к поверхности земли по мере остывания и становясь все плотнее и плотнее, пока он не встретится с воздушными массами из полярных районов.

В то время как тропический воздух нагревается и насыщается влагой, другой процесс происходит в высокоширотных районах. Там косые лучи солнца никогда не нагревают земной поверхности, и она сильно охлаждается вследствие лучеиспускания.

Воздух, соприкасаясь с той холодной поверхностью, становится морозным и очень плотным. Спустя несколько дней или недель холодный воздух становится устойчивым, и начинает медленно двигаться в более низкие широты. Вскоре две разнородные воздушные массы - холодного плотного сухого арктического воздуха и теплого влажного тропического - вступают в единоборство. Арктический воздух, продвигаясь в более низкие широты, ползет по земле и втискивается или вклинивается под наступающий теплый воздух. Теплый воздух оказывается вынужденным снова подняться вверх, где температура значительно ниже, чем в тропиках.

конце концов мириады молекул воды, испарившиеся с поверхности тропических морей, уже не могут оставаться рассеянными в газообразном состоянии. Они переходят в жидкую фазу, конденсируясь вокруг так называемых ядер конденсации - мельчайших частиц соли или пыл, плавающих в атмосфере. Каждый грамм конденсировавшейся воды отдает воздуху около 600 кал. тепловой энергии. Высвобождение этой тепловой энергии очень существенно для образования циклонов или областей пониженного давления, возникающих вдоль поверхностей раздела холодных и теплых воздушных масс, то есть, вдоль холодных фронтов. Образование и развитие циклонов является составной частью общего сложного механизма, посредством которого солнечная энергия, поступающая на различные участки поверхности земли, в неравных количествах перераспределяется на ней более равномерно. Без такого переноса энергии человек мог бы заселить лишь очень небольшую часть суши, и климат большинства районов земного шара был бы невыносим для людей вследствие чрезмерной жары или страшного холода.

Но испарившаяся вода, участвующая в атмосферной циркуляции, ни в коем случае не является единственным переносчиком накопленного тепла. Вода, оставшаяся в жидком состоянии в океане, тоже принимает большое участие в переносе солнечной энергии на тысячи километров. Хотя это и трудно доказать непосредственными наблюдениями, но в океанах существуют конвекционные течения. Нагретые экваториальные воды медленно движутся к полюсам, в то время как под ними плотные холодные полярные воды перемещаются по дну океана к тропикам. Перейдя в более теплые широты, эти холодные воды постепенно поднимаются к поверхности, замещая водные массы, уходящие к полюсам. Поднявшись в зону освещения солнечными лучами, эти воды нагреваются.

СВОЙСТВА ВОДЫ

Вода удивительна не только многообразием изотопных форм молекулы и не только надеждами, которые связаны с ней как с неиссякаемым источником энергии будущего, но и своими самыми обычными свойствами.

Теперь известно, что молекула воды имеет уголковое строение.

Хорошо изучено и измерено взаимное расположение ядер атомов водорода и кислорода и расстояние между ними.

Сколько молекул воды в океане? Одна. И этот ответ не совсем шутка. Вода - вещество особенное. Благодаря своеобразному строению отдельные молекулы взаимодействуют между собой. Возникает особая химическая связь вследствие того, что каждый из атомов водорода одной молекулы оттягивает к себе электроны атомов кислорода в соседних молекулах. За счет такой водородной связи каждая молекула воды оказывается довольно прочно связанной с четырьмя другими соседними молекулами.

Все отдельные молекулы Н20 в воде оказываются связанными в единую сплошную пространственную сетку - в одну гигантскую молекулу. Поэтому вполне оправдано утверждение некоторых ученых, что весь океан - это одна молекула. Но не следует понимать буквально. Хотя все молекулы воды в воде и связываются между собой водородными связями, они в то же время находятся в очень сложном подвижном равновесии, сохраняя индивидуальные свойства и единичные молекулы и образуя сложные агрегаты.

Распадаются ли в воде на ионы ее собственные молекулы? Да, распадаются. Молекулы воды очень прочны, но все же очень небольшая часть их диссоциирует на ионы Н20 = Н+ + ОН". При этом из каждого миллиарда молекул воды при обычной температуре диссоциировано только две молекулы.

Свободный протон Н+ конечно не может существовать в водной среде: ион водорода немедленно присоединяется к молекуле воды и образует ион гидроксония НэО+.

Ученые установили, что если воду нагреть до 900 °С, (давление при этом должно быть не менее 15 Гпа), то наступит такое удивительное состояние воды, при котором в ней не останется ни одной молекулы воды, все они распадутся на ионы.

Может ли вода гореть? Может. Вода неплохо горит в атмосфере свободного фтора.

А сухой вода может быть? Оказывается, может. Недавно ученые сумели приготовить сухую воду. К обычной воде прибавили порошок кремниевой кислоты. Вода сразу становится сухой и сыпучей. Ее можно пересыпать, перевозить в пакетах; даже на ощупь она не влажная, а сухая и холодная.


следующая страница >>