Химический анализ дождевой воды

Химический анализ дождевой воды

Исследовательская работа

Фирсов Артём Геннадьевич

11Б

Естественно-технический лицей

Саранск 2004

Введение

Дождевая вода хорошо усваивается организмом и содержит минимальное количество вредных примесей. Она способствует более качественному перевариванию и усвоению пищи. Сохраняет влагу кожи и поддерживает ее в равновесии. Но все это относится к чистой дождевой воде. В нынешних условиях состав дождевой воды зависит от того, над какой территорией образовалось облако, насколько сильно загрязнена там атмосфера. Например, соединения серы и азота, вступая в атмосфере в реакцию с водой, превращаются в кислоты и выпадают на землю в виде так называемых «кислотных» дождей. При современном экологическом неблагополучии почти каждый дождь можно назвать «кислотным». Поэтому сейчас дождевую воду нельзя не только пить, но даже мыть в ней голову и стирать белье. 

Реакция организма на кислотные дожди зависит от концентрации вредных примесей в дождевой воде и времени ее воздействия. Реакции могут быть двух типов - немедленные и отсроченные. К немедленным относятся покраснение кожи, зуд. К отсроченным - выпадение волос, нарушение биохимических процессов. 

В связи с этой проблемой я решил изучить химический состав дождей, которые выпадают в районе моего дома, и определить их влияние на организм человека. Также целью моей работы является выявление причин изменения химического состава дождевой воды.

1. Экология в жизни человека.

Факторы, влияющие на здоровье человека.

Кислотный дождь – это дождь рН которого меньше 5. Кислотный характер дождю придает множество химических соединений, но основными являются SO2, SO42- и NO.

Существует тесная зависимость между уровнем смертности степенью загрязнения района. При концентрации SO2 около 1 мг/м3, которая бывает зимой в Будапеште, возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального вмешательства врача и распространенное среди детей, возникает по той же причине. То же самое можно сказать и ранней смертности новорожденных в Европе и Северной Америке, которая ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч.

Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту. Степень их опасности зависит от размеров. Так пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли серной кислоты или частицы сульфатов могут проникать в самые дальние уголки легких. 

Физиологические исследования показали, что степень воздействия прямо пропорциональна концентрации загрязняющих веществ. Однако существует пороговое значение, ниже которого даже у самых чувствительных людей не обнаруживаются какие-либо отклонения от нормы. Например, для двуокиси серы среднесуточная пороговая концентрация для здоровых людей составляет приблизительно 400 мкг/м3. 

На защищенных территориях нормативы соответственно строже. В то же время ожидается, что в будущем установят еще более низкие нормативные значения. Однако опасная концентрация может оказаться еще ниже, если различные кислотные загрязняющие вещества будут усиливать воздействие друг друга, т. е. проявится синергизм. В Венгрии также установлена зависимость между загрязнением двуокисью серы и различными заболеваниями дыхательных путей (грипп, ангина, бронхит и т. д.). На отдельных загрязненных территориях Венгрии число заболеваний было в несколько раз больше, чем на контрольных территориях.

Кроме первичного прямого воздействия, естественно, на человека косвенно влияет и закисление окружающей среды. В первую очередь оно ведет к коррозии и разрушению металлов, зданий и памятников (особенно построенных из песчаника и известняка и расположенных под открытым небом).

1.2.Отрицательное влияние деятельности человека на окружающую среду.

В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные количества соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях и на электростанциях, который дает 70% антропогенных выбросов. Содержание серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии. 

Содержание серы в неочищенной нефти также достаточно велико в зависимости от места происхождения (0,1-2%). При сгорании нефтяных продуктов сернистого газа образуется значительно меньше, чем при сгорании угля.

Источниками образования двуокиси серы могут быть также отдельные отрасли промышленности, главным образом металлургическая, а также предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти. На транспорте загрязнение соединениями серы относительно незначительно, там, в первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.

Таким образом, ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу попадает 60-70 млн. тонн серы в виде двуокиси серы. Сравнение естественных и антропогенных выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет атмосферу газообразными соединениями серы в два раза больше, чем это происходит в природе.

К тому же эти соединения концентрируются в районах с развитой промышленностью, где антропогенные выбросы в несколько раз превышают естественные, т. е. главным образом в Европе и Северной Америке. 

Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоит горение ископаемого топлива (Уголь, нефть, газ и т. д.). Во время горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в воздухе азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида азота NO пропорционально температуре горения. Кроме того, оксиды азота образуются в результате горения имеющихся в топливе азотосодержащих веществ. Сжигая топливо, человек ежегодно выбрасывает в воздух 12 млн. т. оксидов азота. Немного меньше оксида азота (8 млн. т. в год) поступает от двигателей внутреннего сгорания. Промышленность, выбрасывающая в воздух ежегодно 1 млн. т. оксида азота, не представляет собой серьезного источника загрязнения по сравнению с отоплением и транспортом. Таким образом, по крайней мере, 37% из почти 56 млн. т. ежегодных выбросов оксида азота образуются из антропогенных источников. Этот процент, однако, будет больше, если мы прибавим сюда продукты сжигания биомассы. Следовательно, в целом количества естественных и искусственных выбросов приблизительно одинаковы, однако последние, так же как и выбросы соединений серы, сосредоточены на ограниченных территориях Земли.

1.3. Способы защиты от кислотных дождей.

Наиболее эффективным способом защиты следует считать значительное сокращение выбросов двуокиси серы и окиси азота. Этого можно достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения использования энергии и создания электростанций, не использующих минеральное топливо. Другие возможности уменьшения выброса загрязнений в атмосферу – удаление серы из топлива с помощью фильтров и регулирование процессов горения.

Лучше всего было бы использовать топливо с низким содержанием серы. Однако таких видов топлива очень мало. Удаление серы из мазута и угля – процесс очень сложный и дорогой, а в результате удается освободить всего 30-50% серы.

Количество оксида азота, который образуется при горении, зависит от температуры горения. Выявлено, что чем меньше температура горения, тем меньше возникает оксида азота, к тому же количество NO зависит от времени нахождения топлива в зоне горения и от избытка воздуха. Таким образом, соответствующим изменением технологии можно сократить количество выбрасываемого загрязняющего вещества. 

2. Дождевая вода – показатель загрязнения атмосферы.

В ходе работы были исследованы 3 образца воды. Сбор каждого из них проводился в районе дома №36 по улице Евсевьева г. Саранска (частная застройка) следующим образом: на расстоянии от земли примерно 1 метр устанавливалась ёмкость, над которой ничего не было (деревья, крыши домов и т. д.). Затем собранную воду переливали в чистую посуду, отмечая дату сбора и направление ветра.

2.1. Определение рН среды.

pH определялся с помощью прибора «Ионометр универсальный ЭВ-74».



Дата сбора дождевой воды

рН

Направление ветра

3. 10. 2004

7

западное

5. 10. 2004

6.3

северо-западное

24.10.2004

6.6

северо-западное



2.2.Качественный анализ дождевой воды. 

Для проведения качественных реакций на различные ионы отбирали некоторое количество исследуемой дождевой воды, и, создавая нужные условия, добавляли необходимый реактив.

При добавлении к данному образцу раствора ВаСl2 в среде HCl наблюдали небольшое помутнение раствора, что свидетельствует о малом содержании в исследуемом растворе сульфат-ионов. 



Наличие ионов NO3 определялось добавлением дифениламина (C6H5NHC6H5) в присутствии серной кислоты. Раствор приобрел синий цвет, что говорит о присутствии нитрат-ионов. 

Для определения хлорид-ионов в исследуемом образце воды добавляли раствор AgNO3 в среде азотной кислоты. Раствор слабо помутнел. Это показывает, что ионы хлора содержаться в малом количестве. 



Для определения ионов ртути (Hg2+) добавляли раствор SnCl2. Наблюдали выпадение белого осадка, что говорит о содержании ионов ртути в воде.



На хром (VI) была проведена качественная реакция с тиосульфатом аммония ((NH4)2S2O3) в сернокислой среде. После растворения тиосульфата аммония был добавлен дифенилкарбазид, раствор приобрел красно-коричневый цвет, что свидетельствует о присутствии хромат-ионов. 

Для определения ионов железа (III) добавляли раствор тиоцианата аммония (NH4CNS) в сернокислой среде. Раствор приобрел слабое кроваво-красное окрашивание, что свидетельствует о присутствии в исследуемом образце воды ионов Fe3+.



Результаты качественного анализа для всех трех образцов совпали.

2.3. Сравнение результатов анализа с данными ГОСТа.

В ходе сравнения результатов с данными ГОСТа для питьевой воды были сделаны следующие заключения. pH соответствует норме (по ГОСТу – 6-9), содержание SO42-, NO3-, Cl- и ионов железа также допустимо. Но недопустимым является содержание ионов Hg2+ и ионов Cr6+. Ртуть поражает нервную систему, поэтому она причислена к нейротропным ядам. Кроме того, этот опасный металл накапливается в костях. Люди с хронической интоксикацией ртути страдают эмоциональной неустойчивостью, неврастенией, вегето-сосудистой дистонией, неадекватным поведением, страшными головными болями и ломотой в костях, 50% из них беззубые. Как утверждают медики, такие больные выздоровлению не подлежат. У женщин велика опасность выкидышей, преждевременных родов, появления слабоумных детей.

Токсическое действие хрома на человека во всех случаях приводит к ухудшению показателей обмена веществ. Соединения хрома вызывают местное раздражение кожи и слизистых, приводящих к их изъязвлению, а при вдыхании аэрозолей - к прободению хрящевой части носовой перегородки, поражению органов дыхания вплоть до развития пневмосклероза. Общетоксическое действие соединений хрома сказывается в поражении печени, почек, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы. Независимо от пути введения соединений хрома в организм, в первую очередь поражаются почки - сначала канальцевый аппарат, затем сосудистая сеть с преимущественным поражением клубочков. Все соединения хрома, попадая в организм человека, изменяют активность ферментов и угнетают тканевое дыхание. Аллергическое действие этих соединений проявляется приступами, сходными с бронхиальной астмой, и развитием кожной сенсибилизации, являющейся причиной "хромовых экзем". Имеются данные, свидетельствующие о более высокой заболеваемости и смертности от рака органов дыхания и пищеварения среди работающих на хромовых производствах.

Причиной появления ионов ртути в дождевой воде скорее всего является то, что на территории Саранского Электролампового завода (СЭЛЗ) находится ртутный цех (цех № 8), который расположен в черте города. Не исключено, что и другие заводы производят выбросы ртути. 

Хромирование различных деталей производится на многих заводах нашего города (в том числе и на СЭЛЗе), отсюда можно сделать вывод, что и это является причиной попадания ионов хрома в дождевую воду.

Также нельзя упускать из вида тот факт, что при сборе осадков направление ветра было либо западным, либо северо-западным и пары ртути могли быть принесены из других городов. 

ВЫВОД

В ходе проведенной исследовательской работы были рассмотрены факторы окружающей среды, отрицательно влияющие на организм человека, в частности влияние кислотных дождей. Были проведены эксперименты по определению рН дождевой воды (результаты которых соответствуют стандарту), а также по определению различных ионов (содержание ионов ртути и хрома свидетельствует о некоторой степени загрязненности дождевой воды). Итогом работы стали расширенные знания о факторах окружающей среды, отрицательно влияющих на организм человека, в частности о кислотных дождях (исследуемые дожди таковыми не оказались), выявление недопустимого содержания ионов ртути в исследуемой дождевой воде, собранной в районе дома №36 по улице Евсевьева города Саранска. Возможная причина небольшого содержания различных ионов – расположение данного дома в непромышленной части города. Присутствие ионов ртути - расположенный в черте города ртутный цех СЭЛЗа, хрома – нахождение в черте города заводов, использующих хром в своем производстве. 

Список литературы

1.Хорват Л., Кислотный дождь. М.: Стройиздат, 1990.

2.Барков С. А., Ронжина Н. М., Качественный анализ. М.: Высшая школа, 1962.

3.Шапиро С. А., Шапиро М. А., Аналитическая химия. М.: Высшая школа, 1963.

4. Неймарк А.М. Основы химического анализа. М.: Просвещение, 1972.