Проектная работа по химии "Жёсткость воды и способы ее устранения"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Видимская средняя общеобразовательная школа»

Нижнеилимского района

Иркутской области

П Р О Е К Т Н А Я Р А Б О Т А

(исследовательская работа)

по химии

Тема: «Жёсткость воды и способы её устранения»

Видим, 2021 год

Оглавление

Введение

Каждый день человек использует воду с самыми разными целями. В повседневной жизни каждый человек использует не химически чистую воду, а природную, ту, которая насыщена разными растворенными в ней веществами.

Вода – это уникальное вещество, основа всех живых организмов на планете, это великий дар природы, непременная часть всего живого и необходимая составляющая для многих бытовых и производственных процессов.

Каждому человеку необходимо знать, какие соли и в каком количестве должны содержаться в природной воде при её использовании в быту и технике. В этом состоит актуальность нашей проектной работы.

Цель проектной работы: выяснить, жёсткая ли вода в нашем посёлке, узнать, какими способами можно уменьшить жесткость воды.

Задачи проектной работы:

1. Выяснить, что такое жёсткость воды;

2. Изучить влияние жесткости воды;

3. Узнать, какие существуют способы устранения жесткости воды;

4. Исследовать, какие вещества могут содержаться в питьевой воде окрестностей нашего поселка;

5. Сформулировать выводы по проделанной работе.

Объект работы: жёсткость воды, её влияние на жизнедеятельность человека и возможные способы устранения.

Предмет работы: пробы питьевой воды в окрестностях нашего поселка.

Глава 1. Теоретическая часть (обзор литературных данных)

1. Жёсткость воды

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

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния, выраженная в ммоль/л или моль/кг. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость. Она обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется ещё временной жесткостью.

При кипячении воды происходит следующий процесс:

Са(НСО₃)₂ + Mg(НСО₃)₂ → СаСО₃↓ + MgCO₃↓ + 2СО₂↑ + 2Н₂О

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется и поэтому называется постоянной жесткостью.

Выделяют несколько видов воды по её химическому составу: мягкая и жесткая, лёгкая и тяжёлая, пресная и солёная.

1.2 Причины возникновения жёсткости воды

Вода, проходя через круговорот воды в природе, из мягкой превращается в жёсткую. Это происходит за счет того, что попадая в почву, вода растворяет в себе породы гипса СаSO₄∙2H₂O, известняка CaCO₃, доломитов CaCO₃∙MgCO₃. Нерастворимые карбонаты в природных условиях взаимодействуют с растворённым в воде углекислым газом и образуют растворимые гидрокарбонаты согласно уравнениям реакций:

CaCO₃ + СО₂ + Н₂О ↔ Са(НСО₃)₂

CaCO₃∙MgCO₃ + 2СО₂ + 2Н₂О ↔ Са(НСО₃)₂ + Mg(НСО₃)₂

Источником ионов кальция и магния также являются и процессы растворения, выветривания горных пород, микробиологические процессы, а также сточные воды различных предприятий.

Стоит отметить, что жесткость поверхностных вод меньше, чем жесткость подземных вод. Почему так происходит? Дело в том, что жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой.

1.3 Признаки жёсткости воды

Характерными признаками жесткости воды являются:

• одежда после стирки в такой воде теряет форму, ткань становится более грубой,

• мыло и порошки плохо пенятся,

• после кипячение такой воды на стенках кастрюль появляется налёт,

• портятся вкусовые качества еды приготовленной в жёсткой воде.

1.4 Влияние жёсткости воды

Жесткая вода несет определенные проблемы.

• Оседая на стенках трубопровода, накипь вызывает коррозию и закупоривает его, снижая теплопроводность. 60% электроэнергии уходит на то, чтобы нагреть отложившуюся накипь.

• Нагревательные элементы стиральных машин, электрочайников и других бытовых электроприборов покрываются известковым налетом. Часто это приводит к их преждевременной поломке.

• Котельное оборудование из-за жесткой воды может испортиться. Поэтому умягчение в данном случае - процедура обязательная.

• Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни.

• При умывании жесткая вода сушит кожу. Это происходит из-за появления «мыльных шлаков» образованных из мыла, которое не способно мылиться и растворяться в жесткой воде. Эти мыльные шлаки закупоривают поры, не давая им свободно дышать, вследствие чего могут развиваться кожные воспаления, не давать покоя зуд и жжение кожи.

• Влияние сильно жесткой воды на здоровье животных не отличается от воздействия на человеческий организм. Возможно появление проблем с шерстью и кожей, как у собак, так и у кошек при их регулярном купании.

• Жесткая вода замедляет процесс приготовления пищи. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.

1.5 Способы устранения жёсткости воды

Рассмотри некоторые способы устранения жёсткости воды.

• Для избавления от временной жёсткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются и жёсткость воды снижается.

• Временную (карбонатную) жёсткость можно устранить добавлением гашеной извести.

• При одновременном добавление извести и соды. Карбонатная жёсткость при этом устраняется известью, а некарбонатная – содой.

• Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют метод вымораживания льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жёсткость, остаются в не замершей воде.

• Способ борьбы с постоянной жёсткостью – перегонка, т.е. испарение воды с последующей её конденсацией. Соли в процессе перегонки остаются, а вода испаряется, затем конденсируется и получается дистиллированная вода.

• Методы обработки воды – магнитное и электромагнитное воздействие, добавление полифосфатов или других “антинакипинов” позволяют на время “связать” соли жёсткости, не давая им в течение какого-то времени выпасть в виде накипи.

• В промышленности применяется современный метод устранения – катионный. Катиониты загружаются в фильтры и пропускают через них воду, в результате этого катионы кальция и магния заменяются на катион натрия. Катиониты – синтетические ионообменные смолы и алюмосиликаты.

• Эффективным способом борьбы с высокой жёсткостью считается применение автоматических фильтров-умягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде “жёсткие” соли заменяются на “мягкие”, которые не образуют твердых отложений.

Глава 2. Практическая часть (эксперимент)

2.1 Социологический опрос «Жёсткость воды»

Мною был проведен социологический опрос «Жёсткость воды» среди обучающихся 8-11 классов нашей школы МОУ «Видимская СОШ». Нами было опрошено 85 % обучающихся 8-11 классов.

Школьникам было предложено три вопроса.

1. Знаете ли Вы что такое жёсткость воды?

2. Знаете ли Вы способы устранения жёсткости воды?

3. Знаете ли Вы, почему иногда бывает так, что мыло не мылится в воде?

Социологический опрос «Жёсткость воды» показал, что только 53% школьников знают, что такое жесткость воды, а 47 % - не знают.

На вопрос «Знаете ли Вы способы устранения жёсткости воды?» 67 % школьников ответили, что не знают и лишь 33 % учащихся знают способы устранения жёсткости воды.

69 % школьников не знают, почему иногда бывает так, что мыло не мылится в воде и лишь 31 % опрошенных знают о том, почему мыло в воде иногда не мылится.

Проведенный социологический опрос среди школьников показал, что выбранная тема на сегодняшний день актуальна, потому что ученики не знакомы с жёсткостью воды.

Поэтому мы решили на практике найти ответ на вопрос о том, жесткая ли вода в нашей окрестности, в пределах нашего населенного пункта.

2.2 Определение ионов магния в пробах воды

Для качественного определения ионов магния были взяты образцы питьевой воды:

1. Родник р.п.Видим

2. Родник п.Каймоновский

3. Родник п.Каймоновский (кипяченая)

4. Родник п.Каймоновский (фильтрованная)

5. Река Видимка

В пробирку с пробами воды добавили хлорид раствор нашатырного спирта. При добавлении реагентов к пробам воды видимых изменений не наблюдалось, что говорит о том, что в исследуемых пробах воды ионы магния отсутствуют.

2.3 Определение ионов кальция в пробах воды

Для качественного определения ионов кальция были взяты образцы питьевой воды:

1. Родник р.п.Видим

2. Родник п.Каймоновский

3. Родник п.Каймоновский (кипяченая)

4. Родник п.Каймоновский (фильтрованная)

5. Река Видимка

В пробирку с пробами воды добавили разбавленную и концентрированную серную кислоту. При добавлении реагентов к пробам воды видимых изменений не наблюдалось, что говорит о том, что в исследуемых пробах воды ионы кальция отсутствуют.

2.4 Определение сульфатов в пробах воды

Для качественного определения ионов сульфата были взяты образцы питьевой воды:

1. Родник р.п.Видим

2. Родник п.Каймоновский

3. Родник п.Каймоновский (кипяченая)

4. Родник п.Каймоновский (фильтрованная)

5. Река Видимка

В пробирку с пробами воды добавили хлорид бария. При добавлении реагента к пробам воды видимых изменений не наблюдалось, что говорит о том, что в исследуемых пробах воды ионы сульфатов отсутствуют.

2.5 Исследование лабораторных испытаний

Мною были изучены результаты лабораторных испытаний на основании протокола «Центра гигиены и эпидемиологии в Иркутской области от 08.12.2020 года. Администрация Видимского городского поселения Нижнеилимского района направила в лабораторию образцы воды источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а именно:

1. п. Чистополянский, улица Новая, 12а, скважина;

2. р.п. Видим, квартал Солнечный, в районе СОШ, скважина № 1;

3. р.п. Видим, станция Видим, 461 км, каптаж.

Результаты проведенных лабораторных испытаний представлены в таблице.

Вывод: в пределах нашего населенного пункта преобладает жёсткий тип воды

Заключение

1. Жёсткость воды бывает карбонатной, некарбонатной и общей. В связи с этим различают воду мягкую, жёсткую, очень жёсткую в зависимости от показателей жёсткости воды.

2. Причиной возникновения жёсткости воды являются процессы растворения, химического выветривания горных пород, микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

3. Характерными признаками жесткости воды являются: одежда после стирки в такой воде теряет форму, ткань становится более грубой; мыло и порошки плохо пенятся; после кипячение такой воды на стенках кастрюль появляется налёт; портятся вкусовые качества еды приготовленной в жёсткой воде.

4. Жесткая вода несет определенные проблемы. Например, оседая на стенках трубопровода, накипь вызывает коррозию и закупоривает его, снижая теплопроводность. Нагревательные элементы стиральных машин, электрочайников и других бытовых электроприборов покрываются известковым налетом. Часто это приводит к их преждевременной поломке. Котельное оборудование из-за жесткой воды может испортиться. Поэтому умягчение в данном случае - процедура обязательная.

5. Жесткая вода оказывает негативное влияние на организм человека. Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма. При умывании жесткая вода сушит кожу. Влияние сильно жесткой воды на здоровье животных не отличается от воздействия на человеческий организм. Жесткая вода замедляет процесс приготовления пищи, из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.

6. Для избавления от временной жёсткости необходимо просто вскипятить воду. Почему? При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната и жёсткость воды снижается.

7. С постоянной жёсткостью бороться труднее. Кипячение воды в данном случае не приводит к снижению её жёсткости. Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жёсткость, остаются в не замершей воде.

8. Существует способ борьбы с постоянной жёсткостью – перегонка, т.е. испарение воды с последующей её конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, то они остаются, а вода испаряется, затем конденсируется, получается дистиллированная вода.

9. Известны методы обработки воды (магнитное и электромагнитное воздействие, добавление полифосфатов или других “антинакипинов”), позволяющие на время “связать” соли жёсткости, не давая им в течение какого-то времени выпасть в виде накипи.

10. Для устранения жёсткости в промышленности применяется современный метод устранения – катионный. Этот способ основан на применении специальных реагентов – катионитов, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия.

11. При проведении химического эксперимента нами не были обнаружены ионы магния, кальция, сульфатов в исследуемых пробах воды, что свидетельствует об отсутствии жёсткости воды.

12. Результаты исследования лабораторных испытаний показывают, что в пределах нашего населенного пункта преобладает жёсткий тип воды. Следует отметить, что исследуемые показатели находятся в пределах допустимых норм.

Список литературы

1. Сайт FB.ruarticle/337312 Вода: электропроводность и теплопроводность. Единицы измерения электропроводности воды

2. Химический энциклопедический словарь. Главный редактор И.Л. Кнунянц. М: «Советская энциклопедия», 1983

3. Справочник по элементарной химии. Под общ. ред. А.Т. Пилипенко.Изд. 2-е, перераб. и доп. К., «Наукова думка», 1978

4. Инструкция по анализу воды, пара, накипи и отложений в теплосиловом хозяйстве. Госуд. энерг. издательств. Москва, Ленинград, 1953

5. www.webmedinfo.ru. Влияние солей кальция и магния на организм человека.

Приложение