Исследование воды, которую мы пьем
методическая разработка по химии (8 класс) на тему

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный университет»

Центр образовательных услуг и консалтинга

ИТОГОВАЯ РАБОТА ПО ПРОГРАММЕ

«Актуальные проблемы экологического образования школьников»                   

«Исследование качества воды, которую мы пьём»

                                         Выполнила: слушатель

                                                     программы учитель  химии

                                                     ГБОУ СОШ №19 г.Сызрани

                                                     Ковальчук О.М

Сызрань

2015

1. Введение

Какую воду мы пьём? Как и чем определяется качество питьевой воды? Как от состава воды зависит здоровье человека? Судя по историческим свидетельствам, ещё Гиппократ связывал качество питьевой воды со здоровьем человека: «следует знать о водах, какие воды вредны и какие очень здоровы, какие неудобства и какое благо происходит от употребления вод, так как они имеют большое влияние на здоровье человека» (3).

Питьевая вода – необходимый элемент жизнеобеспечения населения, от ее качества зависят состояние здоровья людей, уровень санитарно-эпидемиологического благополучия, социальная стабильность общества.

Доступность и качество питьевой воды определяют здоровье и качество жизни нации. По оценкам Организации Объединенных Наций, 1,1 млрд. людей имеют недостаточный доступ к чистой питьевой воде. Прогнозируется, что к 2020 году использование воды увеличится на 40% и к 2025 году два человека из трех будут испытывать нехватку воды. Дефицит пресной воды в мире сделает ее важнейшим экспортным ресурсом. Вода, а не нефть станет главным богатством государства уже при жизни нашего поколения.
Мы решили провести исследование своей питьевой воды с целью выяснения её состава и влияния его на наше здоровье и здоровье наших родных и друзей и, возможно, выработать советы по повышению её качества.

Актуальность: Если говорить о качественной питьевой воде, то, по данным Роспотребнадзора,  ею обеспечено 95 процентов жителей Самарской области. Однако питьевую воду нормативного качества получают лишь 78 процентов   населения губернии.

В первую очередь это – следствие изношенности водопроводных сетей и сооружений, основная часть которых была построена в 60-70 годах прошлого века. Протяженность водопроводных сетей в области составляет порядка11 тысяч км, из которых более половины нуждается в замене. По этой же причине происходит до 21 процента потерь. В Сызрани же из 634 км водопроводных сетей полной замене подлежит 290 км. Из-за неэффективной очистки воды на фильтровальных станциях и плохого состояния водопроводной сети в отдельные периоды в питьевой воде содержание хлорорганических  веществ превышает допустимые уровни до 10 раз. Такая водопроводная вода  признается технической и перед употреблением в пищу подлежит локальной доочистке.

Вода представляет собой наиболее ценный для человека продукт, и что наш организм на 60-70% состоит из воды? Вода доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли и др.) и уносит отходы жизнедеятельности. Необходимо пить, как минимум, 1,5 литра воды в день, чтобы обеспечить организму достаточную термическую стабильность и не терять более 15% содержащейся в нем воды: иначе организму грозит обезвоживание. Ведь человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержания воды в своем организме и может прожить без нее всего несколько суток.

Помимо питья, человек использует воду в лечебных, гигиенических и хозяйственных целях, широко используются также лечебные минеральные воды..Люди часто не задумываются над тем, какую воду они пьют и используют для приготовления пищи, чем, возможно, приносят вред своему здоровью.

Проблема: как определить качество питьевой воды, чтобы быть уверенным, что   питьевая вода не причинит вреда здоровью моей семье и друзьям.

 Цель исследования: изучение свойств питьевой воды г. Сызрани

 Объект исследования: питьевая вода г. Сызрани

 Предмет исследования: определение жесткости питьевой воды, её рН.

   При выполнении работы были использованы следующие методы:  

• анализ научной, популярной экологической и химической литературы;
• органолептические свойства воды
• методы исследования жёсткости воды, её рН.

Практическая значимость работы заключается в систематизации сведений по теме исследования, в исследовании полученного материала в просвети-тельной  работе по здоровьесбережению.  

   Поставленные нами задачи реализуются поэтапно.

   Этапы реализации проекта- исследования:  

1. Теоретико-поисковый этап (октябрь –декабрь  ) осуществлялся анализ экологической, медицинской, химической литературы по теме исследования, определились цели, задачи, план проекта, разрабатывался эксперимент.  
2. Опытно-экспериментальный (январь– март) - постановка эксперимента по определению качества питьевой воды анализ и обработка эксперимента.
3. Заключительный этап (март – апрель )  - теоретическое обобщение и систематизация результатов исследования, подведение итогов, оформление теоретических и практических материалов.

Питьевая вода и здоровье человека.

В настоящее время всё больше внимания уделяется чистоте питьевой воде. Это объясняется тем, что вода является важной составной частью жидкостной среды организма (т.е. тело человека на две трети состоит из воды), в которой протекает большое количество химических реакций, лежащих в основе жизни. При этом вода одновременно несет в себе опасность для здоровья человека. Рассматривая этот вопрос, мы пришли к выводу, что можно выделить две группы опасностей:

1. Вода является прямым путём передачи инфекционных заболеваний. Водным путём распространяется большая группа кишечных заболеваний, таких, как холера, брюшной тиф, дизентерия. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, 80% всех инфекционных заболеваний в мире возникает вследствие неудовлетворительного качества воды или нарушении санитарно - гигиенических норм в связи с её недостатком. Основным резервуаром болезнетворных микроорганизмов, кишечных вирусов в окружающей среде являются фекалии и хозяйственно-бытовые сточные воды. Экспериментальные данные свидетельствуют, что содержание кишечных вирусов в хозяйственно-бытовых сточных водах может достигать 700 на 100 см³ сточных вод.  
2. Существуют заболевания организма, связанные с микроэлементным составом воды.

В зависимости от содержания ионов природные воды делятся на пресные, минерализация которых не превышает 1 г/дм³, минерализация от 1 до 50 г/дм³, и рассолы выше 50 г/дм³, Гигиенический норматив минерализации питьевой воды по сухому остатку составляет 1000 мг/дм³. Минерализация грунтовых вод на территории России возрастает с Севера на Юг. Изучение влияния воды при минерализации 1,5-3 г/дм³ сухого остатка показало её отрицательное влияние на секреторную функцию желудка и на водно-солевой баланс, при котором вода задерживается в организме и могут возникнуть отёки – на ногах, под глазами.    

В.И. Вернадский разработал в своё время теорию биогеохимических провинций – географических районов, где причинным фактором определённой группы заболеваний является  минеральный состав воды, характерный для данной местности. В воде найдено до 65 микроэлементов, содержащихся в тканях животных и растений. Доказано важное значение для организма животных и человека двадцати из них   Наиболее изучено влияние на организм фтора. Среднесуточная потребность в нём  составляет 2000-3000 мкг, причём 70% этого количества человек получает с водой, и только 30% с пищей. При длительном употреблении воды, бедной солями фтора, развивается заболевание зубов – кариес. Не менее вредно и избыточное содержание фтора, оно ведёт  к другому заболеванию зубов – флюорозу, характеризующемуся своеобразной крапчатостью и буроватой окраской зубной эмали. Иногда такой процесс может привести к полному разрушению зубов.  

   Оказалось, что нитраты не только являются  показателем загрязнения воды, но и способны вызывать нарушения в обмене гемоглобина, в результате чего развивается нарушение дыхания на клеточном уровне.  

   С недостаточны количеством йода в воде связывают развитие эндемического зоба – заболевания, которое проявляется увеличением щитовидной железы, нередко пучеглазием. Коррекцию дефицита йода осуществляет йодированием соли.  

   На основании всего вышесказанного можно сделать следующие выводы о требовании к питьевой воде:  

1. Питьевая вода должна быть безопасной в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органо-лептические свойства.
2. Концентрация химических веществ, встречающихся в природных водах, не должна превышать нормативов, установленных ГОСТом.

   В настоящее время известно много методов обеззараживания питьевой воды на водопроводной станции: озонирование, УФ облучение и др. Но наиболее широко применяется хлорирование.     В настоящее время воду хлорируют, применяя сернокислый алюминий. Чем грязнее вода, тем больше добавляют «хлорки», а это небезопасно, т.к. образуются вредные для здоровья человека соединения. В результате этого продолжают спокойно жить бактерии, сохраняются не выведенные металлы, ядовитые соли.     Человек выпивает в сутки в среднем 2,5- литра воды. Произведя несложное упражнение на умножение, мы узнали, сколько же «химии» попадет в организм за 50 лет жизни. Кстати, за это время человек выпивает больше 45,5 тонны воды.  

   Что попадает в организм с водой за 50 лет?  

• 16 кг хлоридов (два ведра хлорки)

Вред: хлорированная вода плохо влияет на пищевод и желудок, способствует повышению давления, обострению астмы, атеросклерозу и ишемии сердца. Вызывает кожные раздражения, аллергию. По данным учёных Колумбийского университета (США), у тех, кто употребляет хлорированную воду, на 44% увеличивается риск заболевания раком желудочно-кишечного тракта и мочевого пузыря.  

Что делать: ставьте фильтр с активированным углём (он полностью удаляет хлор) или кипятите воду. В чистом виде (из-под крана) её лучше не употреблять.

• 2 кг нитратов

Вред: нитраты, которые накапливаются в воде при избыточном содержании в почве азотных удобрений, вызывают у человека кислородное голодание, рак желудка, отрицательно влияют на нервную  и сердечно-сосудистую системы, на развитие эмбрионов. Плюс зубы получают ненужные удобрения каждое утро и вечер. Это вызывает кариес и приводят к болезням дёсен.  

Что делать: готовить еду на бутилированной воде, её же использовать в качестве питьевой. И ещё купите себе пасту с большим содержанием фтора, он отобьёт нитратную атаку на зубы. Но обязательно посоветуйтесь со стоматологом, не повредит ли вам избыток фтора.  

• 14 г железа (гвоздь)

Вред: избыток железа в организме влияет на почки. Вода в повышенным содержанием в ней этого химического элемента отвратительна на вкус, у неё мутный бурый цвет.

Что делать: воду кипятить! А для очистки использовать фильтры, удаляющие из воды соли жесткости, растворенное железо, а также нерастворимые примеси.  

• 23 г алюминия (алюминиевая ложка)

Вред: алюминий накапливается в печени, а также в жизненно важных областях головного мозга, приводя к тяжёлым расстройствам центральной нервной системы. Особенно опасен для мужчин после 30-ти лет, чья печень уже тронута алкоголем.

Что делать: в случаях, когда заболевания уже проявились, кипячением воды ситуацию уже не исправить. Переходите на употребление бутилированной воды, минералки.    

На территории  города с качеством питьевой воды непосредственно могут быть связаны болезни мочеполовой системы, прежде всего – камни почек и мочеточников. Распространение этого заболевания увеличилось почти на 35%!  

   По оценкам специалистов, из ядов, регулярно попадающих в организм человека, 70% поступают с пищей, 20% из воздуха и 10% с водой. То, что вода стоит здесь на последнем месте, ещё не причина для радости. Скорее это говорит о том, что питьевая вода не соответствует требованиям высшего качества, которые когда-то предъявлялись к ней.  

   Одной из действенных мер, позволяющей решить проблему использования населением чистой питьевой воды, является запрет потребления воды из-под крана и продажа воды гарантированного качества пластиковых бутылях, которые наполняются непосредственно из скважин и доставляются потребителям.  

Опытно-экспериментальная работа по изучению свойств питьевой воды города  Сызрани.

   Изучение литературы по данной проблеме позволили смоделировать и провести эксперимент по исследованию свойств питьевой воды г.  Сызрани.  

      Эксперимент проводился с образцами дистиллированной воды, водопроводной воды района Военного городка и района школы .

Для проведения эксперимента были использованы следующие методики:

1.  Органолептический метод определения запаха. (приложение №1)

2. Органолептический метод определения вкуса. (приложение №2)

3. Определение прозрачности воды. . (приложение №3)

4.Определение рН. ( приложение 4)

5.Определение жесткости воды.

Анализ  исследования.

В ходе проведенного исследования было установлено:

• Показатель мутности оптимален во всех  образцах воды
• Каких-либо взвешенных частиц в образцах воды   не обнаружено
• Пробы воды не обладали  неприятным привкусом и запахом
• Причиной слабо кислой среды  образца воды военного городка,   вероятнее всего, является наличие в воде ионов хлора, вследствие хлорирования воды
• Жесткость воды была получена в пределах 4-4.5 ммоль/литр.

На основании этого можно сделать следующие выводы, о том, что:

• все пробы воды, соответствуют требованиям ГОСТ  ( см. приложение 6)      согласно тем критериям, по которым проводилось исследование

•  что состояние питьевого водоснабжения в городе в настоящее время  можно считать удовлетворительным.

Рекомендации по улучшению качества воды в домашних условиях

1. Если  Водопроводная вода непригодна для питья без обработки, то перед использованием воду необходимо кипятить или пить воду,   очищенную современными фильтрами.

2. Если водопроводная  вода имеет неприятный запах и гнилостный привкус, ее можно обработать активированным углем. Активированный уголь собирает все растворенные вещества.

3. А также воду можно обработать перманганатом калия, который окисляет все примеси.

4. Один из самых лучших способов - это замораживание воды.

 Считается, что для здоровья очень полезна талая вода. Ее легко приготовить в домашних условиях в любое время года: надо поставить в морозилку домашнего холодильника стеклянные банки, наполненные почти до краев водопроводной или колодезной водой и закрытые полиэтиленовыми крышками. Когда вода замерзнет наполовину или на третью часть, банки вынимают из морозильной камеры, незамерзший остаток воды, обогащенный примесями, сливают, а лед оставляют в банках таять при комнатной температуре. В процессе замерзания неочищенной воды содержащиеся в ней соли и вредные примеси концентрируются в остатке жидкости -- первой замерзает чистая вода, а температура замерзания раствора ниже 0 oС. Лед получается пористым, игольчатой структуры, поэтому банки не разрываются, и остаток воды с примесями сливается без затруднений. Для вымораживания воды пригодны также пакеты из-под молока, кефира и соков (конечно, предварительно чисто вымытые), полиэтиленовые бутылки. Способ очистки воды от растворенных солей вымораживанием известен давно и даже использовался для опреснения соленой воды.

         5.   Самый простой и распространенный способ обеззараживания воды - кипячение. Чтобы быть уверенным в качестве кипяченой воды, надо дать ей прокипеть не менее пяти минут, а после этого охлаждать воду обязательно в закрытом от пыли сосуде, иначе все усилия будут напрасными. По внешнему виду кипяченая вода ничем не отличается от сырой. Но если добавить в стаканы с той и другой водой немного (на кончике ножа) поваренной соли и потрясти стаканы, то в сырой воде появятся мелкие пузырьки воздуха, а в кипяченой (если она простояла на воздухе меньше 12 часов) -- нет. Соль уменьшает растворимость воздуха в воде и заставляет его выделяться в виде пузырьков. В кипяченой воде растворенного воздуха практически нет.

Выводы:

В ходе работы над проектом  удалось выполнить несколько задач:

1. Изучено состояние воды на территории г.Сызрани.

2. Был проведён отбор проб воды из  2-х источников водоснабжения    и     было проведено исследование органолептических свойств воды (прозрачность, цвет, запах) и рН воды.

3. Разработаны рекомендации по улучшению качества  питьевой водопроводной воды  воды.

Работа над проектом вошла во второй этап, когда перед нами стала необходимость адаптации  методик определения количества различных ионов в воде.

Заключение:

Вода является важнейшим фактором окружающей среды, оказывает многообразное воздействие на все процессы жизнедеятельности организма, его работоспособность и сопротивляемость болезням.  

   Абсолютно понятно, что в современных условиях важное значение приобрела  проблема рационального использования и охраны водных ресурсов в связи со значительным антропогенным воздействием на них. Сохранение запасов питьевой воды, её экономное использование – одна из актуальных проблем, решение которой является важной государственной задачей, но, вместе с тем, в значительной степени зависят от каждого из нас. По мере увеличения антропогенной нагрузки меняется количественное содержание, в первую очередь, химических веществ в водоисточниках по сравнению с их природным содержанием. Среди большого количества химических и других загрязняющих веществ особое значение приобретают элементы, обладающие высокой стабильностью и миграционной способностью в среде обитания человека. Крайне важно быть защищёнными от них.

Литература:

1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. - М., 2007г.  
2. Атутов П.Р. Политехническое образование школьников: сближение общеобразовательной и профессиональной школы. – М.; Педагогика, 1996 г.
3.  Высоцкая М. В.,  «Экология»  9 класс - э М: «Энас», 2006
4. Н.И. Речкалова, Л.И. Сысоева. Какую воду мы пьем.– Химия в школе  М. - №3, 2004 г.  
5. Попова Т.А. Экология в школе. - М., 2005.
6. Сайт: www.prechist-ecologia.narod.ru. Раздел "Водная гладь".
7.   Федорос Е.И.Нечаева Г.А. Экология в экспериментах. -М, 2006

Приложение №1.

Органолептический метод определения запаха.

1. Характер запаха воды определяют ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов и др.)
2. Определение запаха при 20ºС  

В колбу с притёртой пробкой вместимостью 250-350 см³ отмеривают 100см³ испытуемой воды с температурой 20ºС. Колбу закрывают пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями, после чего колбу открывают и определяют характер и интенсивность запаха.

3. Определение запаха при 60ºС

В колбу отмеривают 100см³ испытуемой жидкости. Горлышко колбы закрывают часовым стеклом и подогревают на водяной бане до 50-60ºС Содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями.

Сдвигая стекло в сторону, быстро определяют характер и интенсивность запаха.  

4. Интенсивность запаха воды определяют при 20º и 60ºС оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям таблицы №1.

Таблица №1

Приложение №2.

Органолептический метод определения вкуса.

Различают четыре основных вида вкуса: солёный, сладкий, кислый, горький.

Все другие виды вкусовых ощущений называют привкусами.

Проведение испытания.

1. Характер вкуса или привкуса определяют ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (солёный, кислый, щелочной, металлический и др.)
2. Испытуемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживают на 3-5 секунд.  
3. Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20ºС и оценивают по пятибалльной системе согласно таблице №2.

Таблица №2.

Приложение №3.

 Определение прозрачности воды.

Прозрачность воды является показателем количества взвешенных в воде частиц. Это могут быть частицы ила, глины и др. Для определения прозрачности есть несколько методов. Мы использовали наиболее доступный способ  в школьных условиях по Мансуровой и Кокуевой.

Оборудование: мерный цилиндр, линейка, газетный текст стандартного шрифта.

1. Наливаем в стеклянный мерный цилиндр исследуемую воду.
2. Попробуем сверху различить газетный текст сквозь налитую в цилиндр воду. Цилиндр с водой должен находиться над текстом на высоте 4-5 см. Сливаем воду понемногу  до тех пор, пока не будет виден текст. Высота водяного столба в см, сквозь который виден текст можно считать значением прозрачности воды.
3. Оцениваем прозрачность исследуемой воды по одной из трех характеристик: прозрачная, малопрозрачная, непрозрачная.

Приложение №4.

Определение рН воды.

Определяли водородные показатели воды в пробах (рН). Для этого в пронумерованные пробирки №1,  №2,  №3,  наливали по 5мл исследуемой воды, затем в каждую из них добавляли по 0,1 мл индикатора метилоранжа. После перемешивания мы оценивали  рН среды по окраске раствора:

розово-оранжевый – рН=5

светло-желтый       - рН=6

светло-зеленый      - рН=7

зелено-голубой       - рН=8

Затем внесли данные в таблицу.

                                             Приложение 5

Определение жесткости воды.

Жесткость воды обуславливается присутствием в ней солей кальция и магния. Это общая жесткость. Она складывается из карбонатной (временной, обусловленной присутствием гидрокарбонатов кальция и магния) и некарбонатной (постоянной, обусловленной присутствием хлоридов кальция, Mg2+ и Fe2+). Оставшиеся в растворе после кипячения соли обуславливают постоянную жесткость воды. Общая жесткость воды определяется следующим образом. В коническую колбу на 250 мл вносят 100 мл исследуемой воды, прибавляют 5 мл аммиачного буферного раствора(NH4OH+NH4Cl) для установления щелочной реакции, а затем 7-8 капель индикатора (эриохрома черного). Проба окрашивается в интенсивный вишнево-красный цвет. Раствор перемешивают и медленно титруют 0,05 нормальным раствором трилона "Б" до изменения окраски пробы от вишневой до синей. Это происходит из-за того, что трилон "Б" в щелочной среде взаимодействует с ионами кальция и магния, образуя комплексное неокрашенное соединение и вытесняя индикатор в свободном виде. Расчет общей жесткости производят по формуле:

X= (V*N) / V1

где: V - объем раствора трилона "Б", израсходованного на титрование, мл.

N - нормальность раствора трилона "Б", мг экв/л (0,05)

V1- объем исследуемого раствора, взятого для титрования, мл.(100 мл)

Приложение 6.

  "Соответствие физико-химических показателей пробы воды требованиям ГОСТ".