Исследовательская работа "Исследование удельной электропроводности аквариумной воды "

Министерство образования РФ

МОБУ Гимназии №25

Исследовательская работа "Исследование удельной электропроводности  аквариумной воды "

Работу выполнили

ученики 10Б класса:

Ярошенко Дмитрий

Марчуков Иван

Руководитель:

учитель физики Хабарова О.Н.

Благовещенск 2012

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1. Химические свойства воды
2. Вода:

а) Состав воды

б) Жесткость воды

в) Мягкая вода

г)  «Освященная» вода

е) Магнитная вода

ж) Аквариумная вода

3. Физические свойства воды

2. Экспериментальная часть

1. Опыт №1
2. Опыт №2
3. Опыт №3

3. Заключение

4. Список литературы

Введение

Вода - первоисточник жизни. То, без чего невозможна жизнь. Она окружает нас повсюду. Вся планета на 70% состоит из воды. В воде обитает множество рыб, растений и много других организмов. С ее помощью люди получают электроэнергию, используют в промышленности, в быту, почти во всех сферах деятельности. Без воды, человечество было бы обречено на вымирание. Вода – дар природы. Только представьте – всего две молекулы, объединяясь, образуют такое полезное и жизненно-важное вещество.

Мы выбрали эту тему именно по этим причинам. Нашей целью стало изучение воды и ее физико-химических свойств. А также мы решили исследовать электропроводность и выяснить ее зависимость от этих свойств. Мы надеемся, что это исследование поможет нам лучше понять свойства воды.

О неактуальности данной работы не может быть и речи. Вода неотъемлемая часть нашей жизни и ее исследование необходимы для всего человечества. Сейчас довольно сложно найти сферу деятельности, в которой вода бы не использовалась, будь то напрямую или косвенно.

Эта работа носит теоретически-экспериментальный характер. Сначала вода была исследована посредством различных источников, таких как журналы, книги, глобальная сеть  интернет. Затем была выполненная экспериментальная часть.

1)Теоретическая часть

1.Вода-самое распространенное вещество на Земле, она  может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе много веществ, приобретая тот или иной вкус.

1.1 Химические свойства воды:

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH−). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ≈ 16.

Вода химически довольно активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода реагирует при комнатной температуре:

1. с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.)
2. с галогенами (фтором, хлором) и межгалоидными соединениями
3. с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз
4. с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот
5. с активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.)
6. с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.)
7. со многими солями, образуя гидраты
8. с боранами, силанами
9. с кетенами, недоокисью углерода
10. с фторидами благородных газов

Вода реагирует при нагревании:

1. с железом, магнием
2. с углем, метаном
3. с некоторыми алкилгалогенидами

Вода реагирует в присутствии катализатора:

1. с амидами, эфирами карбоновых кислот
2. с ацетиленом и другими алкинами
3. с алкенами
4. с нитрилами

1.2 Вода:

а) Состав воды

совокупность примесей в воде минеральных и органических веществ в ионном, молекулярном, комплексном, коллоидном и взвешенном состоянии, а также изотопный состав содержащихся в ней радионуклидов.

б) Жесткость воды

совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»).

в) Мягкая вода

Вода с малым содержанием солей называется мягкой.

г) «Освященная» вода

Свята́я вода́ (греч. Αγιασμός — рус. святыня) — в христианстве название воды, освящённой в церкви во время обряда водоосвящения. Употребление освящённой воды в христианстве восходит ко II веку. Традиция её использования связана как с библейской историей о крещении Христа в водах реки Иордан, так и с ветхозаветными богослужебными традициями (возьмет священник святой воды в глиняный сосуд — Чис.5:17). Святая вода, по учению церкви, обладает способностью исцеления больных. Так же Святая вода, по сообщениям церковных авторов с IV века, имеет свойство сохранять свежесть в течение длительного времени.

е) Магнитная вода

Магнитная вода - вода подвергнутая воздействию постоянного магнитного поля. Идея магнитной воды принадлежит доктору Е. В. Утехину, который в начале 80-х годов внедрил магнитную воду в быт россиян. Он считал, что омагниченная вода становится биологически активной и поэтому может оказывать терапевтическое действие.

ж) Аквариумная вода

Основные параметры воды:

Кислотность (pH)

Вода состоит из двух элементов - водорода и кислорода (это знают все). Молекула воды обычно распадается на два иона - положительно заряженный ион водорода H+ и отрицательной заряженный ион OH-. Значение рН характеризует концентрацию ионов H+ (значение рН логарифму концентрации, взятому с обратным знаком). Изменение значения рН на 1 соответствует изменению концентрации в 10 раз. При рН 6 количество ионов H+ в 10 раз больше, чем при рН 7 и наоборот. Помните об этом, когда изменяете кислотность воды. Небольшие изменения в рН резко изменяют химию воды. В нейтральной воде концентрации обоих ионов равны и значение рН равно 7, в кислой воде значение рН <7, в щелочной > 7.

Жесткость воды

Жесткость является вторым, наиболее важным, параметров для аквариума, наряду с кислотностью. Жесткость воды определяется наличием растворенных в ней минералов и во многом определяет остальные свойства воды.

Помимо основным параметров, существуют и другие параметры, которыми можно характеризовать воду. Они используются в аквариуме редко, поэтому описаны они очень кратко.

1.3 Физические свойства воды:

При нормальном атмосферном давлении  вода переходит в твердое состояние при температуре в 0 °C и кипит при температуре 100 °C

При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды.

При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.

Температура отвердевания воды

Температура отвердевания, температура, при которой меняется ФАЗОВОЕ состояние вещества, и оно переходит из жидкого состояния в твердое. Температура замерзания большинства веществ повышается с повышением давления. Обратный процесс, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое, называется таянием (или плавлением). Температура таяния равна температуре замерзания.

Электропроводность воды

Электропроводность - это способность водного раствора проводить электрический ток, выраженная в числовой форме. Электропроводность природной воды зависит от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Поэтому по величине электрической проводимости воды можно судить о степени минерализации воды. Благодаря этой зависимости, по величине электропроводности воды можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды. В измерителях общего солесодержания (TDS – метрах) используется именно этот принцип.

II. Экспериментальная часть.

«Исследование удельной электропроводности воды, взятой из аквариумов»

Цель: исследовать удельную электропроводность воды в зависимость от её химического состава.

Оборудование: источник питания, мультиметр, стаканы из термостойкого стекла, образцы воды, термометр, мерный цилиндр, электроды, соединительные провода, ключ.

Опыт №1. «Определение удельной электропроводности различных видов воды»

Цель: убедиться в том, что электропроводность воды зависит от её состава.

Оборудование: источник питания, мультиметр, стаканы из термостойкого стекла, образцы воды, термометр, мерный цилиндр, электроды, соединительные провода, ключ.

Выполнение опыта:

1. Собрать установку по схеме;
2. Электроды поместить в стакан из термостойкого стекла, измерив расстояние между ними;
3. Измерить длину и ширину электродов;
4. Налить в стакан воду определенного образца;
5. Измерит температуру воды
6. Измерить силу тока и напряжение;
7. Рассчитать сопротивление воды и удельную электропроводность.

Таблица 1

Удельная электропроводность

σ=1ρ                                                   (1),

Так как

R=ρ*lS,

то
                                                             ρ=R*Sl                                                                    (2)

Подставляя (2) в (1), получим σ=  lR*S

Схема 1

l- расстояние между электродами, S- площадь пластин электродов

S=a*b, где a- длина электрода, b- ширина электрода.

Таблица 2.

Вывод: Чем больше сопротивление электролита, тем меньше его удельная электропроводность. А сопротивление электролита зависит от количества ионов солей, находящихся в растворе. Из опыта видно, что минеральная вода имеет сопротивление 114 Ом, так как в этой воде содержится ионы, которые и создают высокую электропроводность.

На первом месте вода из аквариума, которая имеет наибольшую электропроводность, так как в этой воде присутствуют продукты жизнедеятельности рыб, а так же продукты разложения пищи для рыб.

Дистиллированная (очищенная) вода имеет наибольшее сопротивление потому, что она очищена от всех ионов солей.

Опыт 2. « Исследование удельной электропроводности воды, взятой из аквариумов»

Цель: Вычислить значение удельной электропроводности в различных аквариумах.

Оборудование: 5 образцов воды из различных аквариумов, источник питания, мультиметр, стаканы из термостойкого стекла, термометр, мерный цилиндр, электроды, соединительные провода, ключ.

Выполнение опыта:

1. Собрать установку по схеме;
2. Электроды поместить в стакан с образцом воды №1;
3. Измерить температуру воды;
4. Подключить источник питания;
5. Измерить силу тока и напряжение;
6. Рассчитать сопротивление раствора и удельную электропроводность;
7. Опыт повторить для образцов 2,3,4, и 5.

Таблица 3

Схема 2  

R=UI;                R=ρlS;             S=a*b ;         UI=ρ*la*b

ρ=U*a*bI*l                                                                                                                                       (1)

Удельная электропроводность

σ=1ρ(2);        
σ=I*lU*S    ;       σ=I*lU*a*b

Таблица 4

Вывод: Из опыта следует, что чем меньше сопротивление электролита, тем больше его удельная электропроводность, то есть тем он грязнее за счет продуктов жизнедеятельности рыб, продуктов разложения пищи для рыб. Образцы (3) и (5), в них вода не пригодна для жизнедеятельности рыб. Хотя, в принципе, мелкие рыбы ещё могут «существовать», а крупные рыбы погибнут. Самым чистым является аквариум, из которого взят образец воды (4). В нем сопротивление 385 Ом, а удельная электропроводность наименьшая. В аквариумах (3) и (5) необходимо срочно поменять воду.

Опыт 3. « Исследование удельной электропроводности воды из аквариума от температуры воды»

Цель: Убедиться в том, что удельная электропроводность воды зависит от температуры.

Оборудование: образцы воды №4 и №5, источник питания, мультиметр, стаканы из термостойкого стекла, термометр, мерный цилиндр, электроды, соединительные провода, ключ, электрическая плитка.

Выполнение опыта:

1. Собрать установку по схеме;
2. Электроды поместить в стакан с образцом воды №4;
3. Измерить температуру воды;
4. Подключить источник питания;
5. Измерить силу тока и напряжение через каждый градус;
6. Рассчитать сопротивление раствора и удельную электропроводность;
7. Опыт повторить для образца №5.

Таблица 5

График 1. Зависимость удельной электропроводности воды от температуры образца 4.

Таблица 6

График 2.Зависимость удельной электропроводности воды от температуры образца5.

Удельное сопротивление электролитов с повышением температуры уменьшается ( в отличие от металлов), а удельная электропроводность увеличивается, что видно из графиков.

Таблица 7

График 3. Зависимости сопротивления от температуры образца 4.

Таблица 8

График 4. Зависимость сопротивления от температуры образца 5.

Вывод: Сопротивление электролитов с повышением температуры уменьшается. Чем выше температура воды в аквариуме, тем выше её удельная электропроводность. Недопустимо расположение аквариумов вблизи отопительных батарей или окон, так как увеличение удельной электропроводности с повышением температуры может привести к гибели рыб.

Заключение

Изучив литературу по определению удельной электропроводности воды, убедившись в том, что электропроводность оказывает большое влияние на содержание электролита в аквариумной воде. (Электролит напрямую влияет на размножение рыб и прочих питомцев в аквариуме), мы пришли к выводу:

1. Удельная электропроводность напрямую зависит от количества ионов, содержащихся в воде (опыт 1).
2. Удельная электропроводность аквариумной воды больше там, где вода долго не менялась (опыт 2).
3. Удельная электропроводность аквариумной воды зависит от температуры, при изменение температуры на 1 градус, параметры воды меняются примерно на 2 % (опыт 3).
4. Для того, чтобы стать хорошим аквариумистом нужно знать, что разведение водной флоры и фауны возможно в домашнем аквариуме только при условии, что аквариумная среда максимально приближена к естественной среде обитания животных и растений.

4)Литература

1. http://provodu.kiev.ua
2. http://ru.wikipedia.org
3. http://www.ekzotika.com
4. http://www.aquarion.ru
5. http://www.topdom.info/