Научно-исследовательский проект "О качестве воды замолвим слово"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №1

г. Петровска Саратовской области».



                                                                                                   



                                   

Научно – исследовательский проект в рамках программы

муниципальной опытно – экспериментальной  площадки

«Учебно – исследовательские практики как средство реализации  компетентностного подхода»











 О  качестве воды замолвим слово







                                                                          

                                

Подготовили:

учитель географии МБОУ «СОШ №1»

Зубанова Елена Владимировна,

учитель

химии и биологии МБОУ «СОШ №1»

Шишкина Наталья Анатольевна, 

ученик 8 «А» класса МБОУ «СОШ №1»

Бровкин Никита Владимирович

















Петровск 2013

Содержание

Введение.                                                                                     

Глава 1. Вода…как много тайн хранит она.                            

Физические свойства воды.                                             

 Вода во Вселенной и на Земле.                                      

 Вода в организме человека.                                            

Глава 2. Проблемы пресной воды.                                            

2.1.     Дефицит пресной воды.                                                   

Проблемы пресной воды.                                                 

Как вернуть людям воду.                                                 

       Глава 3. Наши исследования. Исследование качества воды из        различных источников.                                                                      

      Заключение.                                                                                  

Приложение.                                                                                







Введение.

Впервые, увидев Землю из космоса, космонавты удивились – она была голубым шаром. Потому что ¾ поверхности нашей планеты занимает вода.

                   В кружево будто одеты

                  Деревья, кусты, провода,

                  И кажется сказкою это,

А всё это просто вода.

 Безбрежная ширь океана 

И тихая заводь пруда,

Каскад водопада и брызги фонтана,

А в сущности, это вода.

Вот белым легли покрывалом 

На землю родную снега.

А время придет - все растает 

И будет простая вода.

Вода является важнейшим источником, обеспечивающим нормальную жизнедеятельность человека. Вода - самое распространенное вещество на нашей планете. Это океаны, моря, реки, озера и водохранилища. Это и голубые громады горных ледников, и необозримые снежные покровы Земли. Свинцовые тучи и причудливые облака, дождь и туман - тоже вода. Она и в нас самих: мы на две трети состоим из воды.

Вода -  самая важная в природе жидкость. Достаточно сказать, что в воде зародилась жизнь. Без неё невозможно существование животных и растений. Жизнь есть только там, где есть вода.

Без чистой пресной воды не может существовать и развиваться человечество, не будет промышленности и сельского хозяйства.

С недавних пор на планете возник дефицит пресной воды. Поэтому Генеральная Ассамблея ООН объявила 22 марта Всемирным днем воды. Цель  данной работы - привлечь внимание человечества к проблемам воды, к необходимости сохранения и рационального ее использования. А задачи которые мы поставили для достижения этой цели – ознакомиться с физическими свойствами воды, «заглянуть» в глубины Вселенной и узнать о воде на других планетах, узнать о роли воды в организме человека, изучить проблемы чистой воды, познакомиться с работой Петровской ветеринарной клиники, провести исследование качества воды из различных источников в городе Петровске, изучить методы по охране водных ресурсов и очистке воды в быту.

            Глава 1. Вода…как много тайн хранит она.

Физические свойства воды. 

Трудно найти в природе другое вещество, физические свойства которого были бы так необычны, своеобразны, аномальны.

В отличие от большинства веществ, плотность которых с понижением температуры увеличивается, вода имеет наибольшую плотность при 4°С (р = 1000кг/мъ), выше и ниже этой температуры она меньше. Плотность воды при 0°С равна 999,968 кг / м3, тогда как плотность льда при этой температуре - 916,8 кг/м1. Поэтому при замерзании водоемов лед не опускается на дно. Подо льдом температура остается постоянной, и там сохраняется жизнь.

Имея структуру, сходную со строением кристаллической решетки алмаза, вода обладает свойствами твердых тел. Струя воды, вытекающая из небольшого отверстия с большой скоростью, режет камень или стальной лист, а в природе полноводные реки промывают глубокие ущелья.

Вода обладает аномально высокой теплоемкостью - 4,19 кДж/кг/град. Это делает воду при том её количестве, которое имеется на Земле, планетарным аккумулятором тепла, обеспечивающим устойчивый климат на планете в течение тысячелетий. 

Вода обладает большим поверхностным натяжением. В отсутствие силы тяжести вода имеет форму шара, которую мы можем наблюдать при падении капель. Некоторые предметы (например, стальная иголка) могут лежать на поверхности воды, слегка её прогибая. Многие насекомые (водомерки, многохвостки и др.) легко скользят по поверхности воды. 

Ещё одно полезное свойство воды - способность смачивать поверхность твёрдого тела. С этим явлением связан капиллярный эффект - поднятие столбика воды вверх по очень тонким трубочкам - капиллярам.

Вода - весьма подвижная жидкость.  Лёд тоже течёт. Ледники текут со скоростью 1 метр в 10 суток, иногда их скорость может достигать сотни метров в сутки.

В природе вода находится в трёх агрегатных состояниях: твёрдом (лёд), жидком и газообразном (пар). Содержание пара в атмосфере определяется давлением и температурой воздуха.  Каждую минуту водяной пар отдаёт атмосфере Земли колоссальную энергию - 2,2 ' 10ю Дж. Эта энергия приводит в движение огромные массы воздуха, которые переносят сотни миллиардов тонн воды в облаках на тысячи километров. За счёт этой энергии дуют ветры, рождаются разрушительные бури, ураганы и тайфуны. Благодаря потокам воздуха в атмосфере происходит орошение влагой поверхности Земли.

          Основное свойство воды - ее растворяющая способность. Морская вода - прекрасный растворитель. В ней растворяются почти все вещества. Около семидесяти элементов периодической системы содержится в ней в обнаруживаемых количествах. 

Совершая круговорот, вода участвует во многих химических и физических процессах живой и неживой природы, при этом она может подвергаться загрязнению.

	 Вода во Вселенной и на Земле  

 Вода есть в космическом пространстве.  В созвездии Ориона и Кассиопеи расположены загадочные гигантские облака и излучение, поступающее от них, принадлежит воде. Есть предположения, что есть вода на Венере (пары воды около 1%), на Марсе. Загадочные вспышки на Марсе - это отражение солнечных лучей от кристалликов льда. Астрофизики уже нашли воду и на Юпитере: там непрерывно происходят чудовищные грозы и ураганы. 

	 «Сколько воды на Земле?»

Очень мало. В ядре планеты воды нет. Больше всего воды в недрах Земли, в ее мантии. Геологи считают, что в мантии сосредоточено не менее 13 миллиардов кубических километров воды. Земная кора содержит 1,5 миллиардов кубических километров воды. Почти вся вода в этих слоях находится в связанном состоянии - она входит в состав горных пород и минералов. В этой воде не выкупаешься и ее не выпьешь. Гидросферу - водную оболочку образует примерно 1,5 миллиардов кубических километров воды. Почти все это количество содержится в Мировом океане. Он занимает около 80% всей земной поверхности, его площадь свыше 360 миллионов квадратных километров. 

На суше воды совсем немного: 90 миллионов кубических километров, из них 60 - под землей, почти все это соленые воды. Около 25 миллионов кубических километров твердой воды лежит в горных и ледниковых районах, в Арктике, в Гренландии, в Антарктике.  Запасы воды в атмосфере составляют всего 14 тысяч кубических километров. 



1.3.  Вода в организме человека.

Тело взрослого человека на 65% состоит из воды. Вода входит в состав всех его органов и тканей: в сердце, легких, почках ее около 80%, в крови - 83%, в костях - 30%, в зубной эмали - 0,3%, в биологических жидкостях организма (слюне, желудочном соке, моче и т. д.) - 95-99%. Тело рыб содержит 80% воды, водорослей - 90%. 

Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. В живом организме вода - это среда, в которой осуществляются химические реакции. Процессы пищеварения и усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор.

Вода вымывает из клеток отработанные продукты обмена веществ и играет важную роль в регуляции температуры тела. Исключение ее из организма может привести к смерти уже через несколько дней. Растения получают питательные вещества из почвы только в виде растворов. Вода является важным элементом живого органического мира.

Человек чрезвычайно остро ощущает изменения содержания воды и может прожить без нее всего несколько суток. При потере воды до 2% веса тела (1-1,5 л) появляется жажда, при утрате 6-8% наступает полуобморочное состояние, при нехватке 10% появляются галлюцинации, нарушается глотание. При нехватке свыше 12% воды наступает смерть. Среднесуточное потребление воды - 2,5 л. Избыток воды приводит к перегрузке сердечно-сосудистой системы, вызывает изнуряющее потоотделение.





Глава 2. Проблемы пресной воды. 

2.1.  «Дефицит пресной воды» 

Дефицит пресной воды - это не только нехватка питьевой воды, но и изменение состояния пресноводных экосистем, вызывающее гибель обитающих в них живых организмов. Основной объем загрязненных сточных вод в России дают промышленные предприятия (41,7%) и коммунальное хозяйство (44, 3%).

 Вода, особенно пресная, нуждается в строгой и тщательной охране. И не только из-за всё возрастающего дефицита в связи с расходами ее на нужды промышленности, сельского хозяйства и бытовые нужды. Природную воду следует охранять еще и потому, что она является средой обитания многих тысяч видов живых организмов, незаменимых компонентов биосферы, обеспечивающих нормальный гидрологический режим планеты. 



2.2.  Проблемы пресной воды.

Важнейшим показателем качества воды является ее чистота. Пить воду из-под крана - это не лучшее решение для человека, заботящегося о своем здоровье. Что такое качественная питьевая вода? Хорошая вода не должна содержать никаких инородных веществ, химикатов, бактерий и прочих примесей.

Вода называется питьевой, если она отвечает всем принятым государственным стандартам питьевой воды, если она упакована в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами и если она предназначена для употребления в пищу.

Какие загрязнения может содержать некачественная вода?

Нитраты, пестициды, гербициды. Удобрения и их компоненты, используемые в сельском хозяйстве и на садово-огородных участках, смываемые дождем, попадают в воду рек, ручьев и озер, а оттуда - в водопроводную воду.

Трихлорэтшен и бензол наиболее часто встречаются в местах сбрасывания в реки отходов производства, могут стать причиной возникновения раковых опухолей.

Асбест, соединения свинца попадают в водопроводную воду в процессе подачи по трубам уже после очистной обработки. Основная причина - несвоевременная замена изношенных коммуникаций. Усвоение организмом свинца может вызвать серьезные неврологические расстройства, в особенности у детей.

Хлор используется для обеззараживания воды. Он не только придает воде неприятные привкус и мутность, но и способствует возникновению различных аллергических реакций.

Бактерии размножаются внутри бытовых очистителей на фильтрах некоторых конструкций в течение их эксплуатации. Они могут попадать в отфильтрованную воду, особенно прошедшую через устройство, пережившее свой срок использования.



чСерьёзную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несёт большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. 



	 «Как вернуть людям воду»

           Лучшее решение - вовсе не брать воду из водоемов, но для этого нужен переход на безотходные технологии. Но так как это сразу сделать нельзя, то после использования в производстве воду очищают различными методами.

Прозрачность и чистота воды возвращается усилиями трех наук: химии, физики и биологии. При конструировании цикла очистных сооружений, к физическим методам очистки - отстаиванию и осаждению, фильтрованию и флотации, выпариванию и прессованию - добавляют физико-химические - электролиз и электроионизацию, пропускание через ионообменники или синтетические смолы, алюмосиликаты. Завершается же цепь очистки биологическими фильтрами или водоемами, где живут самые строгие контролеры - рыбы. Если очистка должна быть проведена очень быстро, то подключаются электрические методы.

И все же существующие методы очистки не могут гарантировать полную надежность. Необходимо полное прекращение сброса сточных вод и переход на замкнутое водоснабжение и безотходные технологии.



Глава 3. Наши исследования. 

Исследование качества воды из различных источников.

Изучив различную литературу мы пришли к выводу, что роль воды в природе огромна. Только благодаря воде наша планета есть такая какая она есть. И все мы живущие на Земле обязаны жизнью воде. Воды много и в тоже время её мало. А мы так бездумно относимся к ней. А ведь принимая душ в течение 5 минут человек расходует около 100 литров воды, наполняя ванну лишь на половину мы расходуем 150 литров воды, разовый смыв в туалете – 6-8 литров воды, каждая стирка белья в стиральной машине – 100 литров воды, чтобы вырастить 1 кг. растительной пищи необходимо 2 тыс. литров воды, а чтобы получить 1 кг. мяса – 20 тыс. литров воды, за сутки 1 человек в городе потребляет 500 литров воды, и т.д.

Все эта собранная информация натолкнула нас на мысль провести исследование воды из различных источников, изучить свойства воды и определить содержание в ней различных примесей. Мы взяли три образца: вода из водопровода, вода из колодца в районе МБОУ «СОШ №1» и вода из реки Медведицы.

Ход работы:

Органолептические показатели воды.

 Содержание взвешенных частиц. Этот показатель качества воды мы определяли фильтрованием трёх образцов воды через бумажный фильтр. Исследование показало, что вода из всех трёх источников не содержит взвешенных частиц. (См. приложение 1)

 Цвет (окраска) воды. Для определения цветности воды мы поместили опытные образцы в стеклянные сосуды и поставили эти сосуды на лист белой бумаги, на фоне которой и определили цвет воды. Вода всех трёх образцов имеет голубой цвет. (См. приложение 2)

Прозрачность воды. Для опыта мы взяли прозрачный плоскодонный стеклянный цилиндр диаметром 2,5 см, высотой 35 см. Установили цилиндр на печатный текст и вливая исследуемую воду, следили за тем, чтобы можно было читать через воду текст. Затем измерили высоту столба воды линейкой, и сделали вывод о том, что вода прозрачна.

Запах воды. Для определения интенсивности запаха воды мы взяли коническую колбу и наполнили её на 2/3 объёма исследуемой водой, плотно закрыли пробкой и сильно встряхнули. Затем открыли колбу и отметили характер и интенсивность запаха в баллах, используя таблицу:



Характеристика запаха

Интенсивность запаха (балл)

Отсутствие ощутимого запаха

0

Очень слабый запах – не замечается потребителями, но обнаруживается специалистами

1

Слабый запах – обнаруживается потребителями, если обратить на это внимание

2

Запах слегка обнаруживается

3

Отчётливый запах – неприятный и может быть причиной отказа от питья

4

Очень сильный запах – делает воду непригодной для питья

5

Проведённые нами исследование показали, что каждый из образцов имеет очень слабый запах – 1 балл. (См. приложение 3)

Определение качества воды методами химического анализа. (Водородный показатель (рН))  Мы налили в пробирки по 5 мл. исследуемой воды и 0,1 мл. универсального индикатора и перемешали. По окраске раствора определили: среда нейтральная – рН = 7 в воде из колодца и реки, рН=6 – водопроводная вода, что соответствует норме. (См. приложение 4)

Для определение карбонатной жёсткости воды,  нитратов и хлоридов мы посетили химическую лабораторию. Чтобы увидеть практическую направленность нашей работы мы обратились за помощью  к специалисту – химику-токсикологу Петровской ветеринарной клиники Рассказовой Любови Яковлевне. Специалист объяснила нам, как важны знания о качестве воды в сельском хозяйстве при выращивании домашних животных. Два раза в год она проводит анализ прудовых вод, так как они являются источником пресной воды для животных в летний период времени. Для определения карбонатной жёсткости в пробирки налили по 10 мл. анализируемой воды, добавили индикатор метиловый оранжевый и титровали НСl. Вода всех трёх образцов жёсткая, но выше всего жесткость в воде из колодца.

 (См. приложение 5)

Определение нитритов в воде  с помощью реактива Грисса и прибора фотоэлектрокалориметра. Нитриты больше всего присутствуют в речной воде. См. приложение 6)

Определение хлоридов в воде. В каждую из трёх пробирок мы поместили по 10 мл. воды, добавили нитрат серебра. Во всех трёх образцах появилось помутнение, что говорит о присутствии хлорид-ионов в каждом из образцов. (См. приложение 7)

Обнаружение железа. Для этого в пробирку с 10 мл. воды прибавили 1 каплю концентрированной азотной кислоту, несколько капель пероксида водорода и 0,5 мл. раствора роданида калия. Опыт показал, что в воде их колодца железа нет, так как раствор сохранил прозрачный цвет, вода из водопровода окрасилась в слабый розовый цвет, что сигнализирует о том, что в воде присутствует некоторое количество железа, что мы можем объяснить старым состоянием водопроводной системы нашего города. Нас очень удивил результат анализа воды из реки Медведицы – в пробирке был самый интенсивно-окрашенный раствор. Откуда в воде реки железо? Мы сделали такой вывод – это загрязнения техногенного характера. ( См. приложение 8)



Заключение



Воду нельзя заменить ничем. Подсчитано: если охранять водные богатства Земли, разумно управлять водным балансом, использовать одну и ту же воду в промышленности несколько раз, то даже речных и подземных вод хватит для обеспечения всех нужд общества при численности населения планеты в 60-100 миллиардов человек.

Основные принципы охраны водных ресурсов и рационального водопользования сводятся к следующему: полное совмещение использования и охраны вод; прекращение использования водоемов для обезвреживания сточных вод; экономия воды за счет снижения водоемкости промышленных производств и перехода технологии на «сухие» методы; увеличение объема и улучшение качества доступных для использования вод; рациональное преобразование круговорота воды; размещение хозяйства и населения в соответствии с распределением водных ресурсов; опреснение морской воды и использование ледников.

Методами очистки воды в быту являются:

	отстаивание водопроводной воды;

	кипячение;

	вымораживание.

	Эти методы вполне доступны и мы можем и должны использовать их. 

Изучение проблемы чистой воды и проведённые нами исследования показали, что проблема загрязнения вод будет существовать до тех пор, пока мы все вместе не задумаемся над этим вопросом и не решим проблему. Для исследования мы взяли только три образца вод из разных источников. Мы определили, что воды всех образцов имеют некоторые отклонения, но тем не менее не выходят за пределы допустимой нормы при её использовании: вода из колодца и водопровода пригодны для питья, а воды реки Медведицы пригодны для орошения и купания в летний период времени.



Приложение1









Приложение 2













Приложение3





Приложение 4









Приложение 5











Приложение 6 фотоэлектрокалориметр - ПДК предельно допустимое содержание веществ.







Приложение 7 Содержание хлоридов.





Приложение8.            Содержание нитритов.











Содержание железа.











































































 Использованные материалы и Интернет-ресурсы



Денисова В.Г., Мастер – класс учителя химии. – М.: Планета, 2010.

Очкин А.В., Фадеев Г.Н. Химия защищает природу. – М.: Планета, 2003.

Петряков И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. – М.: глобус, 2005.

Фиалков Ю.А. необыкновенные свойства обычных растворов. – М.: Прогресс, 2002.

http://www.o8ode.ru/%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D1%8B%20%D0%BE%D1%87%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BA%D0%B8%20%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B/

http://omegaltd.com.ua/article/159.php

http://otherreferats.allbest.ru/ecology/00177648_0.html

http://www.proza.ru/2009/12/04/910