Жесткость воды и здоровье человека

                Муниципальный общеобразовательный лицей №23

                          Экспериментальная работа

Исполнители: Танаева И. 9 класс,

Останин М. 9 класс

Руководитель: Родионова М. В.

                                     Мытищи 2008

                              Оглавление:

Введение……………………………………………………3

Обзор литературы…………………………………...……4

Экспериментальная часть……………………………….7

Выводы…………………………………………………….13

Список литературы………………………………………14

                                                        2

                                 Введение:

Вода. Одно из самых распространенных веществ в природе. Гидросфера занимает 71% поверхности Земли. Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории планеты. Без воды невозможно существование живых организмов. Около 65% человеческого тела составляет вода. Она – обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленных, так и сельско- хозяйственных. Вода особо необходима в производстве продуктов питания, в медицине, в химическом анализе. А какую красоту она нам подарила! Водопады, гейзеры, океаны, моря, реки- за это все мы должны благодарить воду. От воды зависит климат нашей планеты. Дождь, снег, град – все это вода. С древних времен она привлекает внимание людей. До конца XVIII в. Воду считали самостоятельным элементом, и только А. Лавуазье в 1783 г, осуществив синтез воды из кислорода и водорода, показал, что она – сложное вещество.

Но почему вода из разных источников имеет разный вкус, в ней по-разному пенится мыло и на стенках чайников оседает разная по цвету накипь?

Об этом вы узнаете из нашей работы.

                                                               3

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. 
Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль). Ввиду широкой распространенности магния и кальция в природе, их соли всегда содержатся в природной воде, придавая ей особые свойства.

Вода, в которой растворены соли кальция и магния, обладает особым свойством- жесткостью.

Жесткая вода образует плотные слои накипи на внутренних стенках паровых котлов и кипятильников, в ней плохо развариваются пищевые продукты, при стирке белья в жесткой воде расходуется больше мыла.

Общая жесткость воды определяется содержанием в ней ионов Са²+ и Мg²+, по содержанию в воде гидрокарбонат- ионов судят о временной жесткости (карбонатной), некарбонатная жесткость обуславливается присутствием в воде хлоридов, сульфатов, а также других солей Са²+  и Мg²+. В сумме карбонатная и некарбонатная жесткость воды дает жесткость общую. По содержанию в воде ионов кальция и магния воды делятся на следующие группы:

Таблица №1. Типы вод в зависимости от содержания ионов Са²+ и Мg²+.

(«Основы химического анализа» В. И. Астафуров).

                                         4

Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са²+  или 12,16 мг/л Мg²+ . Карбонатная жесткость, обусловленная присутствием ионов НСО3ˉ в воде, может быть устранено кипячением – и тогда в воде происходят следующие процессы:

Са(НСО3)2→СаCO3↓+ CO2↑+H20

Mg(HCO3)2→MgCO3↓+ CO2↑+H2O

Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CO2↑

Постоянная жесткость воды не устраняется кипячением или добавлением соды и извести и вызывается наличием сульфатов кальция и магния в основном. Присутствие в воде значительного количества солей Са и Мg делает воду непригодной для многих технических целей. Так при продолжительном питании паровых котлов жесткой водой их стенки постепенно покрываются плотной коркой накипи; такая накипь уже при толщине слоя в 1 мм сильно понижает передачу теплоты стенками котла и следовательно ведет к увеличению расхода топлива. Кроме того она может служить причиной образования вздутий и трещин как в кипятильных трубах, так и на стенках самого катка. Жесткую воду нельзя использовать при крашении тканей.

Но при этом важно помнить о великом значении кальции  и магния для растений и животных. Недостаток этих элементов в рационе задерживает рост, угнетает развитие корневой системы растений, листья покрываются коричневыми пятнами, а иногда отмирают. У животных недостаток кальция вызывает рахит, ослабление сердечной деятельности.

Кровь, обедненная кальцием, плохо сворачивается на воздухе. Поэтому соли кальция применяют в ветеринарии: хлорид и карбонат кальция дают животным при рахите, инфекционных заболеваниях; известковой водой лечат кожные заболевания; фосфаты кальция и магния вводят в рацион молодняка.

                                                5

           Влияние жесткости воды на здоровье человека.

Широкая доступность фильтров для улучшения свойств воды приводит к изменению баланса поступления в организм ионов Са²+ и Мg²+ . Агрессивная телевизионная реклама призывает  утолять жажду минеральной водой и заботиться о стиральных машинах с помощью «Калгона». Как может отразиться на здоровье человека изменение количества поступающих с пищей ионов Са²+ и Мg²+ ?

Здоровье населения находится в прямой зависимости от состава природных вод в источниках, из которых осуществляется регулярное водоснабжение данной территории. Природные воды должны содержать достаточное количество микроэлементов, участвующих в обменных процессах человека. Так недостаток  Са ²+ и Мg²+ влечет за собой увеличение числа смертельных исходов при кардиоваскулярных заболеваниях, увеличение тяжести рахита, остемаляцию, нарушение функционального состояния сердечной мышцы и процессов свертывания крови, а недостаток  Мg²+ внезапную сметь младенцев, увеличение тяжести течения и числа неблагоприятных исходов КВЗ, нейромускулярные и психиатрические симптомы, тахикардию и фибрилляцию сердечной мышцы, гипомагнезимию. Но в то же время, избыток Са²+ ведет к мочекаменной болезни, нарушению состояния водно-солевого обмена, раннему обызвествлению костей у детей, замедлению роста скелета, а избыток Мg²+ к возможности развития синдромов дыхательных параличей и сердечной блокады, желудочно-кишечного тракта. Повышенная жесткость воды негативно сказывается на здоровье человека при умывании. Соли жесткости взаимодействуют с моющими веществами и образуют нерастворимые шлаки, разрушающие естественную жировую пленку кожного и волосяного покрова человека, забивающие поры. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.

Однако не доказано, что и мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

ЦЕЛЬЮ НАШЕЙ РАБОТЫ явилось сравнение жесткости вод из различных источников, изучение действия бытовых фильтров на содержание Са²+ и Мg²+ и ознакомление с действием смягчителей воды, входящих в состав стиральных порошков.

                                                 6

               Экспериментальная часть

При изучении содержания ионов Са²+ и Мg²+ в воде мы использовали классическую методику-титрование трилоном Б по хромогену черному (Аринушкина Е.В. «руководство по химическому анализу почв») 

I.Определение жесткости воды из различных источников.

Чтобы сравнить жесткость вод, мы собрали образцы водопроводной воды из трех городов России. Естественно, что содержание ионов Са²+ и Мg²+ в водопроводной воде отражает их содержание в природных водах. После анализа мы получили следующие данные.

Таблица №2. определьние жесткости вод из различных источников (мг-экв/л).

Полученные данные мы сравним с литературными данными (Глинка Н. Л). Как видно, полученные данные в целом соответствует данным автора.

                                        7

Жесткость воды некоторых рек СССР

(Глинка Н.Л. «Общая химия», Ленинград, 1985г.)

Анализируя предоставленную таблицу можно сделать вывод, что воды различных источников отличаются по содержанию ионов Са²+ и Мg²+ .

Содержание растворимых примесей в воде колеблется, в зависимости от времени года, количества атмосферных осадков, состояния грунтовых вод, попадания в водоемы сточных и бытовых отходов.

При движении вдоль меридиана с севера на юг происходит увеличение общей жесткости воды. Так, в районе Кольского п-ова общая жесткость воды составляет 0,7 мг/экв/л., а в Ростове-на-Дону- 4.9 мг/экв/л.

Географические координаты мест отбора проб, и изменение жесткости воды

                                                             8                                                        

II. Влияние смягчителей воды и стиральных порошков различных марок на изменение жесткости воды и ее кислотность.

Защиту нагревательным элементам стиральных машин может обеспечить любое вещество, связывающее ионы Са²+ и Мg²+ в растворимых комплексах.

Телевизионная реклама настоятельно советует использовать препарат «Калгон», который, согласно заверением производителей, защищает наши стирательные машины от накипи.

В последнее время, кроме «Калгона» появилось множество подобных ему препаратов.

Так стоит ли, покупая стиральный порошок, приобретать еще и смягчитель воды к нему? Для этого мы определили жесткость воды с добавкой – «Калгон» и с 4 различными видами стиральных порошков без добавления «Калгона». Дл сравнения мы добавили в одни из образцов воды просто соду – ведь раньше наши бабушки именно с ее помощью  умягчали воду. Результаты опыта предоставлены в таблице.

                                            9

Таблица №3. Изменение жесткости воды под действием стиральных порошков и смягчителей воды (мг/экв/л).

Как видно из полученных данных «Калгон» действительно снижает жесткость воды практически до нуля но при этом следует отметить, что сода тоже неплохо справилась с уменьшением жесткости.

Стиральные порошки типа «Ваниш» и «Красная цена» и «Персил» тоже неплохо умягчали воду. Никакого влияния на содержание кальция и магния не оказал только «Пемалокс».

III. Влияние бытовых фильтров на содержание ионов Са²+ и Мg²+ в водопроводной воде.

В связи с ухудшением состояния водопроводных сетей городов экологи начали активно пропагандировать применение любых очистителей воды. Обычно в быту используют фильтры типа «Аквафор». Изменяется ли количество кальция и магния при пропускании водопроводной воды через фильтр?

Мы проанализировали пропущенную воду.                                                                                                                                                                                  

                                                10

Таблица №4. Изменение жесткости воды под действием фильтров(мг/экв/л).

Как видно из таблицы, фильтры снижают уровень жесткости воды почти в 2 раза; следовательно, при постоянном употреблении такой воды поступление кальция и магния в организм снизится.

                                        11

IV. Влияние температуры на содержание ионов Са²+ и Мg²+в водопроводной воде.

 Каждый  человек в ежедневно кипятит воду. Нас заинтересовало, как изменяется жесткость воды под влиянием температуры. Мы проанализировали воду, прогретую, до 30ºС, 50ºС, 70ºС и до 100ºС.

Результаты опыта представлены в таблице.

Таблица №5. Влияние температуры на жесткость воды.

                                                12

                                                Выводы

В ходе нашей работы мы выяснили, что воды из различных источников значительно различаются по содержанию солей кальция и магния, так жесткость на юге (Ростов-на-Дону) почти в 2 раза выше, чем на севере (Кольский п-ов).

В современных стиральных порошках содержатся компоненты (полифосфаты), снижающие жесткость воды.

Бытовые фильтры достаточно хорошо умягчают воду, снижая содержание кальция и магния почти в 2 раза, но постоянное применение бытовых фильтров может нарушить обмен кальция магния в организме человека.

Температура влияет на жесткость воды. Чем выше температура, тем меньше жесткость.

                                           13

                   Список литературы

«Химия в школе» №3/1997

«Руководство по химическому анализу почв», Е.В. Аринушкина, МГУ

«Основы химического анализа», В.И. Астафуров, «Просвещение», 1997

«Аналитическая химия сточных вод», Ю.Ю. Лурье, Химия, 1984

«Химический кружок», Г.Д. Здамчук, «Просвещение»,1964

«Химия», Энциклопедия для детей, «Аванта+», 2000

«Экология», Энциклопедия для детей, «Аванта+», 2001

                                           14