Исследование минеральных вод

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Лицей № 6

        Проект по химии

Исследование состава и свойств минеральной воды

        Авторы:

                                                                                     Ученицы 7 класса

                                                                                     Басковская Юлия

                                                                                     Романенко Валерия

        Шмидт Елизавета

                                                                                    Досыбаева Ирина

        Учитель- Дунаева И.И.

Невинномысск – 2012

План.

Введение

                           «Воды таковы, каковы  земли, через которые они проходят».      

                                                                                                                 Аристотель

   В настоящее время существует огромное многообразие минеральных вод. И с экологической точки зрения все больше людей не пользуются для приготовления пищи и утоления жажды обычной водопроводной водой, а предпочитают покупать питьевую либо минеральную воду в магазинах или аптеках. В то же время средства массовой информации нередко пишут и показывают о фактах мошенничества с минеральной водой: подделка воды подпольным способом (проще говоря – водопроводная вода + соль, сода и вода готова для продажи). Человек покупает минеральную воду в надежде поправить здоровье, а на деле – пьет грязную воду сомнительного производства. Нас заинтересовал данный вопрос и в своей работе мы поставили цель : изучить состав и свойства минеральных вод различного производства. В своей работе мы поставили следующие задачи: изучить литературные источники по теме, исследовать состав воды «Волжанка». «Ессентуки 17», «Нарзан», «Новотерская целебная», «Вера», сравнив данные этикеток с данными экспериментального исследования методами качественного анализа.

      Тему считаем актуальной, так как в настоящее время как никогда остро стоят вопросы очистки воды, здоровья человека, фальсификации продуктов питания.

1. Литературный обзор.

1.1 Минеральная вода и её назначение.

      Минеральные воды — это прежде всего подземные (иногда поверхностные) воды, характеризующиеся повышенным содержанием биологически активных минеральных (реже органических) компонентов и (или) обладающие специфическими физико-химическими свойствами (химический состав, температура, радиоактивность и др.), благодаря которым они оказывают на организм человека лечебное действие. Именно поэтому минеральную воду используют в зависимости от ее химического состава и физических свойств — в качестве наружного или внутреннего лечебного средства.(6) Минеральная вода – вода, содержащая биологически активные минеральные и органические компоненты, обладающая специфическими физико-химическими свойствами. В этих водах одни вещества содержатся в виде недисоциированных   молекул, другие в виде ионов, в них могут присутствовать и коллоидные   частицы.   Питьевые минеральные воды поступают из природных источников, в растворе которых содержаться различные полезные газы и соли. Они бьют из земли, часто имеют высокую температуру. Уникальность структуры и свойств минеральных вод связана с особыми условиями формирования их в недрах земли. Циркулируя в горных породах в течение длительного времени, подземные воды проходят различную естественную обработку: химическую, газовую, электрическую. Поднимаясь наверх, вода подвергается гравитационному, биологическому, энергетическому воздействию. Все это фиксируется в "памяти" подземной воды, т. е. отражается на ее составе, свойствах, качестве и структуре, создает ее неповторимые вкусовые и оздоравливающие свойства. Изучением минеральных вод и их полезных свойств занимается наука бальнеология. Согласно литературным источникам (7), суточная потребность в некоторых минеральных веществах представлена следующей таблицей:

1.2.  Происхождение минеральных вод

        Состав любой минеральной воды непосредственно отражает различные геологические процессы, которые происходили в том районе, где есть источник. Поэтому можно сказать, что эта вода зафиксировала в своем составе историю преобразования Земли. Так, например, в формировании минеральной воды участвуют процессы фильтрации поверхностных вод, захоронения морских вод во время накопления осадков, вулканические процессы. Состав минеральной воды обусловлен историей геологического развития, характером тектонических 1 структур, геотермических условий и другими особенностями территории.(5) В наше время в поверхностные пласты Земли постоянно попадает дождевая и талая вода, растворяя минеральные компоненты пород и органические соединения обитавших на Земле организмов. На поверхность Земли минеральные воды выходят в виде естественных природных источников, а также выводятся из недр при помощи буровых скважин, глубина которых может достигать нескольких километров. Поэтому на этикетке бутыли с минеральной водой обязательно должна содержаться информация о том, из какого источника берется данная вода: номер и глубина скважины, район, где она находится.

     Первые упоминания о лечебном применении минеральных вод донесли до нас литературные памятники Месопотамии, датированные III тысячелетием до нашей эры. Писали о них и великие врачи древнего мира - Гиппократ, Гален и Плиний. В эти же годы, часть из них стали употреблять не только для омовения, но и питья. В 20- годы прошлого века знаменитый химик  И. Берцелиус, а затем и наш соотечественник А.П.Нелюбим провели первые химические анализы минеральных вод и дали первые научные обоснования их  состава и пользы внутреннего применения.  

1.3. Классификация минеральных вод

Классификация минеральных вод с точки зрения бальнеологии: Столовые минеральные воды – минерализация до 1 г/л;  лечебно-столовые минеральные воды – минерализация от 1 до 10 г/л; лечебные минеральные воды – минерализация более 10 г/л или высокое содержание биологически активных элементов: железа, брома, йода, сероводорода, фтора и т.д., при этом общая минерализация может быть невысокой.

Классификация минеральных вод в зависимости от газового состава и наличия специфических элементов: углекислые (кислые) минеральные воды; сульфидные (сероводородные) минеральные воды; бромистые минеральные воды;  йодистые минеральные воды; мышьяковистые минеральные воды; радиоактивные (радоновые) минеральные воды (4)

Классификация по ионному составу: бикарбонатная вода (содержит: более 600 миллиграммов бикарбонатов на литр); сульфатная вода (содержит: более 200 миллиграммов сульфатов на литр); хлоридная вода  (содержит: более 200 миллиграммов хлоридов на литр); магниевая вода (содержит: более 50 миллиграммов магния на литр); фторная вода (содержит: более 1 миллиграмма фтора на литр); железистая вода (содержит: более 1 миллиграмма железа на литр); кислая вода (содержит: более 250 миллиграммов ангидридов углекислоты на литр); натриевая вода (содержит: более 200 миллиграммов натрия на литр); кальциевая вода (содержит: более 150 миллиграммов кальция на литр); жидкая и жесткая. Одна из главных характеристик минеральной воды - ее жесткость, то есть степень суммарного содержания кальция и магния. Показатель pH указывает на степень кислотности воды и обозначается баллами по шкале от 0 до 14. Идеальный уровень рН для минеральной воды - 7. Воды с показателем pH меньше  7 являются кислыми, а больше  7 - щелочными.

По потребительским свойствам минеральная вода делится на: питьевую, столовую, лечебно-столовую, лечебную. Характеристика каждого вида представлена в приложении 1. Количественное соотношение данных вод представлено на диаграмме 1.

Диаграмма 1. Классификация минеральных вод

    2. Экспериментальная часть.  

В основе методики исследования качественного состава и свойств минеральной воды лежат качественные реакции неорганических  соединений. Качественный анализ – раздел аналитической химии, посвященный установлению  качественного состава вещества, то есть обнаружению элементов и образуемых ими  ионов, входящих в состав и простых, и сложных веществ (1). Делают это с помощью химических  реакций, характерных для данного катиона или аниона, позволяющих обнаружить их как в индивидуальных веществах, так и в смесях. Химические реакции, пригодные для качественного анализа, должны сопровождаться заметным внешним эффектом. Это может быть  

• выделение газа  

• изменение окраски раствора

• выпадение осадка  

• растворение осадка  

• образование кристаллов характерной формы.

2.1  Качественный анализ минеральной воды.

В начале работы мы изучили данные этикеток и сравнили с данными качественного анализа. Все данные представлены в таблице 2 и диаграмме 2.

Таблица. Сравнение состава минеральной воды (по этикеткам) и практическим опытам.

* - практическим путём не обнаруживали

В воде «Вера» не обнаружены катионы и анионы вообще.

Для качественного анализа мы использовали следующие химические реакции(2)

1. Для определения гидрокарбонат-ионов HCO3- в раствор добавлялась соляная кислота. Выделение газа и его интенсивность позволяет судить о наличии данного аниона.

HCO3- + Н+= H2O+CO2 

2. Определение хлорид- ионов и бромид- ионов осуществляли с помощью нитрата серебра. Белый осадок указывает на наличие хлорид-ионов, желтый – на наличие бромид-ионов.

 Cl-   + Ag = AgCl , белый осадок

 Br-   + Ag = AgBr  ; желтый  осадок

 3. Определение сульфат-ионов проводилось с помощью хлорида бария. Выпадение белого осадка свидетельствует о присутствии данных ионов.                                                                      

SO42-+ Ba2+=BaSO4 ,белый осадок.

2.2. Данные социологического опроса.

Мы предложили заполнить анкету 40  респондентам. Содержание анкеты – Приложение 2.

Согласно данным опроса, большинство людей покупают минеральную воду 1-2 раза в месяц, при этом респонденты указывают, что для утоления жажды им необходимо около 1 л воды в день. Чаще всего причиной покупки воды является утоление жажды всей семьёй. Большинство опрошенных отдаёт предпочтение минеральной воде «Нарзан», менее всего была названа вода «Волжанка». Их выбор обусловлен вкусовыми качествами и полезностью минеральной воды. Большинство респондентов не интересуются составом воды, указанной на этикетке. Многих людей интересует не состав минеральной воды, а её цена. Люди чаще всего предпочитают слабо минеральную или столовую воду. Практически 75% опрошенных не имеют понятия о том, чем различные минеральные воды отличаются друг от друга.  (Приложение 3).

Заключение.

            Результаты изучения химического состава и свойств 5 наименований минеральной воды,  употребляемой  населением города Невинномысска. В ходе исследования, были изучены и проанализированы: ассортиментный перечень минеральной воды  в продуктовых магазинах; химический состав минеральной воды; уровень минерализации и газовый состав; проведён социологический опрос. Все результаты занесены в таблицы и построены диаграммы. Анализ использованных источников, изучение состава и свойств минеральной воды,  составленный  алгоритм обнаружения ионов, содержащихся в минеральной воде позволили сделать  следующие  выводы: в исследуемой минеральной воде  методом качественного анализа  были идентифицированы ионы: хлора , сульфат-ионы, карбонат-ионы, иодид и бромид-ионы, ионы натрия и калия, углекислый газ. Ассортимент  минеральных вод невысокий и представлен 5 наименованиями.

Литература

1. Алексеев В.Н. Качественный химический полумикроанализ. М. Химия. 1993.
2. Алимарин И.П. Методы обнаружения и разделения элементов (практическое пособие). М. 1994.
3. «Справочник химика» т.3, Л.-М.: Химия, 1965 стр. 907
4. «Химическая энциклопедия» т.1 М.: Советская энциклопедия, 1988 стр. 394-397
5. Гордон А., Форд Р. «Спутник химика» М.: Мир, 1976 стр. 462
6. Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. «Химия для любознательных
7. Третьяков Ю.Д,, Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н. Неорганическая химия. М. Химия. 2001.

 Приложение 1.

Характеристика различных видов минеральной воды.(3)

Питьевая вода. Эта вода пригодна для повседневного применения, причем не только для питья, но и приготовления пищи. Она безопасна и безвредна, хотя и не обладает какими-либо лечебными свойствами. В качестве такой воды используются хорошо очищенные природные воды с относительно невысоким солесодержанием. Часто при производстве такой воды ее чистят практически «под ноль» (как правило, на мембранных обратноосмотических установках), а затем минерализуют до физиологически оптимальных значений. Сравнительно невысокая минерализация таких вод объясняется ориентацией на американские стандарты качества питьевой воды, согласно которым 0.5 г/л – это ПДК.

Столовая вода. Это минеральная (натуральная) вода, пригодная для ежедневного применения. Солесодержание до 1 г/л соответствует рекомендациям Всемирной организации Здравоохранения по качеству питьевой воды. Необходимо  внимательнее изучить химический состав такой воды, так как для людей, страдающих определенными заболеваниями, содержание отдельных ионов может оказаться избыточным. Так, например, высокое содержание кальция не рекомендуется людям, склонным к повышенной свертываемости крови и образованию тромбов в кровеносных сосудах. Высокое содержание натрия не рекомендуется людям, страдающим гипертонией, заболеваниями почек и сердца. Сульфаты обладают выраженным слабительным действием, хлориды влияют на работу пищеварительного тракта и т.д.

Лечебно-столовая вода. Этот тип вод наиболее распространен в России и к нему относятся большинство широко известных еще с советских времен марок минеральной воды. Воды эти, как правило, не пригодны для приготовления пищи, однако широко используются для питья. Они обладают определенным лечебным действием, но только при их правильном применении по совету врача. Неограниченное  потребление такой воды может привести к серьезному нарушению солевого баланса в организме и к обострению хронических заболеваний. Не стоит ориентироваться на рекомендации по употреблению, приведенные на этикетке.

Лечебная вода. Название говорит само за себя. Вода применяется исключительно в лечебных целях. Самостоятельно принимать решение об употреблении такой воды  неразумно.

Приложение 2.

Анкета

1. Как часто вы покупаете минеральную воду (подчеркните нужное);

1. Ежедневно
2. 2-3 раза в неделю

3. Один раз в неделю

4.1-2 раза в месяц

5. Другое (записать)____________________________

2.Утоляя жажду, вы пьете минеральную воду:

1.1 стакан в день

2.1 литр в день

3.2 литра в день

4.Употребляю обычно 2-3 раза в неделю (укажите количество минералки)_________________

5.Другое ________________________

3.Укажите причины покупки минеральной воды:

      1. Пить дома всей семьей

2.Пить на работе

3. Беру с собой в дорогу
4. Покупаю к праздничному столу
5. Другое укажите_______________________

4.Выбирая минеральную воду, вы отдаете предпочтения Ессентуки

1.Боржоми

2.Волжанка

3.Нарзан

4.Новотерская целебная

5. Другая (какая)

5.Каковы причины вашего выбора_______________________________

6.Если вам эта вода нравится, то  интересуетесь  ли вы записью состава  на этикетке:

  1. Да  

  2. Нет

   3. Иногда.

7.Если вы интересуетесь данными на этикетке, отметьте цифрами, на что вы обращаете внимание:

1.срок годности,

2.состав,

3.уровень минерализации,

4.производитель,

5. место добычи,

6.цена.

8.Выбирая минеральную воду, вы отдаете предпочтение:

1.слабо-минеральным (столовым)

2.средне-минеральным (лечебно-столовым)

3.сильно-минеральным (лечебным)

9. Знаете ли вы, чем эти воды отличаются по составу,  свойствам и действию на организм.

1. Да

2. Нет.

                                                                   Приложение 3.

Данные социологического опроса.

1. Как часто вы покупаете минеральную воду.

2. Утоляя жажду, вы пьете минеральную воду

1. Укажите причину покупки минеральной воды

4. Выбирая минеральную воду, вы отдаёте предпочтение минералке

5. Интересуетесь ли вы записью состава воды на этикетке

6. Если вы интересуетесь данными на этикетке, отметьте, на что вы обращаете внимание

7. Выбирая минеральную воду, вы отдаете предпочтение

8. Знаете ли вы, чем эти воды отличаются друг от друга по составу, свойствам и действию на организм