Российский открытый молодежный конкурс "Вода и климат", тема: "Изменение химического состава осадков"

Российский открытый молодежный водный конкурс -2024

Номинация "Вода и климат"

Название проекта: «Изменение химического состава осадков».

Выполнила:

Ученица 8 «А» класса

МБОУ "СОШ №9"

Недбайло Ксения Александровна

Научный руководитель:

учитель химии МБОУ "СОШ №9"

Романченко Галина Юрьевна

Брянская область, город Новозыбков,

2023 год

Аннотация

Цель работы: исследование изменения химического состава осадков в виде дождя и снега за год.

Гипотеза: я предположила, что в собранных мной образцах осадков, будут обнаружены механические и химические компоненты, наличие которых может быть обусловлено деятельностью заводов, расположенных на территории города Новозыбкова.

Методы исследования: эксперимент, наблюдение, сравнение, описание.

Выводы:

1) в условиях школьной лаборатории не удалось выявить серьезных изменений по составу осадков г. Новозыбкова.

2)экспериментальным путем в отдельных образцах осадков, было установлено наличие механических примесей и химических загрязнителей.

3)исходя их проделанной работы следует, что действующие предприятия на территории города Новозыбкова незначительно загрязняют атмосферу, следовательно серьезного изменения состава осадков обнаружено не было.

Оглавление стр.

1.Введение---------------------------------------------------------------------------------------------4-5

2.Раздел 1. Состав и качественные характеристики осадков-------------------------------5-6

3. Раздел 2. Методика проведения исследования дождевых осадков в условиях школьного кабинета химии.-----------------------------------------------------------------------6-9

4. Раздел 3. Экспериментальный анализ осадков.--------------------------------------------9-10

5.Выводы---------------------------------------------------------------------------------------------10

6.Заключение----------------------------------------------------------------------------------------10-11

7.Литературв----------------------------------------------------------------------------------------11

8.Приложение---------------------------------------------------------------------------------------12-15

В ведение

По изменению химического состава осадков можно судить о загрязнении атмосферы различными химическими, биологическими загрязнителями.

На территории города Новозыбкова расположено несколько предприятий, которые могут влиять на загрязнение воздуха, осадков и водных ресурсов: завод «Новотранс-Холдинг"», швейная фабрика "Бисан", обувная фабрика и типография имени М. В. Фрунзе, к предприятиям местной промышленности: швейно-трикотажная фабрика имени 8 Марта, деревообделочный и кирпичный заводы, хлебокомбинат, компания "НОВОКОМ" по производству снековой продукции, торфопредприятие и горпищекомбинат, научное предприятие "Экокремний", компания "ФОРТ" добавки для бетона.

На территории города Новозыбкова в дождь превращается вода из реки Карна и озер Карна и Зыбкое.

Вода рек и озер содержит большое количество минералов. Но когда солнце нагревает их поверхность, вода начинает испаряться. А поскольку большинство растворенных в воде веществ превращается в пар при более высоких температурах, чем вода, пар поначалу состоит из молекул чистой

Вместе с потоками теплого воздуха пар поднимается в нижний слой атмосферы — тропосферу. Там холодно, поэтому хаотично движущиеся молекулы воды теряют часть энергии и начинают двигаться медленнее. В этот момент их начинают притягивать ядра конденсации облаков.

В этот момент крохотные пылинки размером меньше микрометра, которые поднимают в атмосферу с пылевыми потоками воздуха,с выбросами заводов, кристаллы минеральных солей, попадающие в воздух и органические кислоты, образующиеся при горении лесов или органического топлива, попадают в формирующиеся облака.

Притягиваясь к ядрам конденсации, молекулы воды собираются в каплю. Когда капли становятся достаточно большими, начинается дождь. Все попавшие в атмосферу загрязнители выпадают вместе с осадками.

Таким образом , объектом моего исследования являются осадки в виде дождевой воды и снега, собранная в период с января по декабрь 2023 года, а предметом ее изучения является качественный состав осадков.

Цель работы: исследование изменения химического состава осадков в виде дождя и снега за год.

Гипотеза: я предположила, что в собранных мной образцах осадков, будут обнаружены механические и химические компоненты, наличие которых может быть обусловлено деятельностью заводов, расположенных на территории города Новозыбкова.

Задачи:

1. Выяснить на основе анализа специальной научной литературы, возможный химический состав осадков.

2. Изучить методику качественного анализа осадков.

3. Провести эксперимент по определению состава осадков г. Новозыбкова в период с января по декабрь 2023 года.

Методы исследования: эксперимент, наблюдение, сравнение, описание.

Раздел 1.Состав и качественные характеристики осадков.

Осадки являются результатом испарения влаги с поверхности почвы, озер Зыбкое и Карта и реки Карна. Водная масса , образующаяся в земной атмосфере огромна. Одно дождевое облако может содержать несколько тонн воды. Облако не стоит на одном месте. а изменяет положение относительно поверхности Земли. При перемещении в пространстве, оно перераспределяет не только тепло и влагу, но и самые различные химические элементы: соль и пыль.

Состав осадков во многом зависит от экологической обстановки места. где образовалось облако. Ученые установили, что капля дождевой воды, имеющая массу всего 50 грамм, за время полета из тучи до земли омывает примерно 16 литров воздуха! А один литр дождевой воды способен поглотить и разнообразить свой состав примесями, содержащимися в 3000литров воздушной массы.

В результате деятельности человека, в атмосферу попадает большое количество соединений серы, азота, хлора, углерода, тяжелых металлов и других вредных веществ. Соединения серы, азота, углерода, хлора взаимодействуют с атмосферной влагой, превращаются в соединения, которые являются причиной выпадения кислотных дождей.

На данный момент в связи со сложившейся экологической ситуацией, каждый дождь можно смело назвать кислотным.

Атмосферные осадки из всех природных вод наименее минерализованы, но по химическому составу, растворенных в них веществ они не менее разнообразны, чем другие природные воды. Источником их состава являются аэрозоли атмосферы. Ионный состав их очень разнообразен. Среди анионов преобладают сульфатSO₄^2- и HCO₃^- гидрокарбонат ионы, , а среди катионов в зависимости от степени удаленности от водных объектов -Са²⁺ или Na⁺. непосредственно у водных объектов повышенное содержание ионов хлора. По мере удаления от берега реки и озер, концентрация ионов хлора падает , а остальных ионов, кальция, магния, сульфат и гидрокарбонат ионов увеличивается. Причиной повышения содержания ионов кальция и сульфат ионов , является обогащение атмосферы аэрозолями. Увеличение ионов кальция и натрия связано с минеральной пылью почв и пород, на поверхности которой они всегда присутствуют, так как почвы обогащают минеральными удобрениями. содержащими эти ионы, а повышенное содержание сульфатов связано с окислением оксида серы и сероводорода и минеральной пылью с засоленных поверхностей почвы.

Выводы:

1. Осадки не имеют постоянного состава. Состав осадков зависит от того, где и когда они выпали, откуда дул ветер, от режима работы городских предприятий, от количества машин и т.д.

2.В состав осадков могут ходить окислы азота, серы, угарного газа, ртути, мышьяка, свинца, ядохимикатов, пестицидов и многих других опасных веществ, попадающих в атмосферу в результате сельскохозяйственной деятельности человека.

3. По составу осадков можно судить о чистоте атмосферного воздуха в определенный период времени.

Раздел 2. Методика проведения исследования дождевых осадков в условиях школьного кабинета химии.

Для сбора осадков я использовала стеклянные банки емкостью 0,5 литра, которые устанавливала на высоте 1 метр от земли и на расстоянии 5 метров от крыш домов.

Качество дождевой и талой воды характеризуют ее прозрачностью, мутностью. цветом, запахом, вкусом, реакцией среды, содержанием растворенных солей, степенью химического, бактериального и других загрязнений.

1). Определение прозрачности:

В химический стакан наливают воду и рассматривают ее на свет. Вода может быть: прозрачная; слабо мутная; сильно мутная.

2). Определение цвета:

В стакан с водой опускают белую пластинку или лист белой бумаги. Цвет воды может быть: бурый; светло-коричневый; желтый; светло-желтый; зеленоватый; бесцветный.

3). Определение запаха и его интенсивности:

Естественный запах может быть болотным, гнилистым, древесным, плесневым, травянистым, сероводородным. В случае попадания в воду инородных веществ она может пахнуть бензином, мазутом, хлором, навозом и т.д. По интенсивности запах может быть: слабый (он обнаруживается, если обратить на него внимание); заметный (легко обнаруживается); отчетливый (обращает на себя внимание); сильный (делает воду негодной для питья).

4) Определение вкуса:

Пробовать загрязненную природную (если она не родниковая) воду не рекомендуется! Вода может быть: соленая; горькая; кислая; с хлорным, металлическим или иным привкусом.

5). Определение наличия осадка после суточного отстаивания:

Если осадок образуется, он может быть: хлопьевидным слизистым; хлопьевидным желтовато-коричневым; плотным белым (желтоватым); плотным бурым (коричневым);сероватым; в виде песка, глины или растительных остатков.

6). Определение реакции водной среды:

Определяют реакцию водной среды с помощью универсального индикатора. Для этого капают исследуемой водой на кусочек универсальной индикаторной бумаги. Полученный цвет воды сравнивают со шкалой рН и определяют реакцию среды.

7). Определение наличия растворенных солей.

Для проведения исследования используют два чистых обезжиренных или часовых стекла. На одно наносят несколько капель исследуемой воды, на другое - дистиллированной. Дистиллированная вода не содержит растворенных солей. Выпаривают воду со стекол и сравнивают их. Белый налет указывает на наличие солей в воде.

Определение (качественное) содержания в воде катионов и анионов.

Каждое определение проводится с тремя различными образцами:

раствор сравнения (в нем должен присутствовать интересующий ион);

исследуемая вода (может содержать или не содержать тот или иной ион);

контроль (дистиллированная вода, не содержащая ионы).

а). Реакция на ион Fe³⁺:

К 4-5 каплям раствора растворасоли Fe³+

добавляют несколько капель раствора роданида (тиоцианита) калия KSCN.

Признак реакции – образование кроваво-красного раствора.

б). Реакция на ион Ca²⁺ .

К 4-5 каплям раствора добавляют 5-6 капель раствора карбоната калия или натрия. Наблюдается помутнение, затем – белый осадок.

в). Обнаружение иона Clˉ .

Для обнаружения хлорид-иона Clˉ используют раствор нитрата серебра AgNO₃ в присутствии разбавленного раствора азотной кислоты HNO₃. Выпадает белый творожистый осадок.

г). Обнаружение иона SO₄²ˉ .

Для обнаружения сульфат-ионов SO₄²ˉ используют раствор хлорида (или нитрата) бария в присутствии разбавленного раствора азотной кислоты. Выпадает белый осадок, нерастворимый в азотной кислоте.

д). Обнаружение иона CO₃²ˉ.

В случае отсутствия в растворе SO₄²ˉ- ионов, CO₃²ˉ-ион можно обнаружить солями бария в нейтральной среде. К 4-5 каплям раствора добавляют 5-6 капель раствора соли бария. Выпадает белый осадок ВаСО₃, растворимый в кислотах.

Если SO₄²ˉ- ион присутствует в растворе, то для обнаружения CO₃²ˉ- ионов в пробирку добавляют раствор соляной кислоты HCl. Наблюдается характерное «вскипание».

Е) обнаружение иона NO₃^-.

Можно использовать реакцию восстановления нитратов до аммиака цинком или алюминием. Для этого помещают в пробирку 5 капель раствора, содержащего нитраты, приливают к нему 5—10 капель раствора КОН и добавляют цинковую пыль или алюминиевый порошок. Для ускорения реакции смесь можно подогреть.

К 4-5 каплям раствора добавляют несколько капель раствора дифениламина (C₆H₅NHC₆H₅) в присутствии концентрированной серной кислоты. Раствор приобретает синий цвет.

Ж) обнаружение иона S²ˉ.

К 4-5 каплям раствора добавляют 5-6 капель раствора нитрата серебра. Выпадает чёрный осадок.

К исследуемому раствору добавляют 5-6 капель раствора соляной кислоты, нагревают (под тягой!). Выделяющийся сероводород обнаруживают фильтровальной бумагой, смоченной в растворе ацетата свинца, поднесённой к отверстию пробирки. Признак реакции – почернение на фильтровальной бумаге.

На фильтровальную бумагу, смоченную раствором ацетата свинца, наносят каплю раствора исследуемой соли – бумага чернеет.

Вывод: качественный анализ дождевой воды включает в себя исследование на прозрачность, мутность, цвет, запах, вкус, реакцию среды, содержание растворенных солей, степень загрязнения катионами Fe³+, Ca²+, и анионами Clˉ, SO₄²ˉ, CO₃²ˉ, NO₃^-, S²ˉ.

Раздел 3. Экспериментальный анализ осадков.

Реактивы: универсальная индикаторная бумага, растворы KSCN, Na₂CO₃, AgNO₃, BaCl₂, HCl, C₆H₅NHC₆H₅, H₂SO_4(конц.), Pb(CH₃COO)₂,KOH.

Оборудование: стеклянные банки, химические стаканы, пипетки, стеклянные трубки, фильтровальная бумага, электронные весы.

Ход исследования.

В соответствии с вышеуказанными методиками, был осуществлен сбор осадков и исследование их на наличие механических и химических компонентов. Образцы дождевой воды и снега собирались в период с января по декабрь 2023 года два раза в месяц: в начале и в середине месяца. Всего было собрано и исследовано 24 образца осадков.

Получены следующие результаты( приложение 1)

-исследование на прозрачность: пробы июня, июля , августа и декабря содержали прозрачную воду, во всех остальных образцах наблюдалось помутнение.

-исследование цвета: в образцах мая, июня, июля наблюдался желтоватый оттенок.

-исследование запаха: во всех образцах запах определить не удалось( слабый запах воды)

исследование вкуса не проводилось, так как по технике безопасности это не допустимо.

- исследование на наличие осадка после суточного отстаивания( приложение 2): в образцах августа осадков не наблюдалось, а в остальных пробах на дне образовались осадки, отличающиеся по цвету, количеству и консистенции. В пробе №3-6( февраль-март) и 21-24( ноябрь-декабрь) осадка было больше всего . Он имел темно серый цвет и кристаллическую структуру, напоминающую графитовую пыль.

-исследование реакции среды: в пробах № 8-12и 18,19( апрель-июнь, сентябрь) оказалась слабокислой, проба № 16, 17 была слабощелочной, в остальных пробах вода имела нейтральную среду.

-исследование на наличие солей:( приложение 3): во всех образцах после выпаривания на предметных стеклах наблюдалось образование белого налета.

- исследование ионного состава( приложение 4): ни в одном образце осадков не удалось в условиях школьной лаборатории установить наличие ионов кальция, хлора, сульфат, нитрат и сульфид ионов.

-в образцах мая, июня, июля при добавлении раствора роданида калия, наблюдалось слабое изменение окраски, подтверждающее наличие ионов железа 3+( приложение 5).

- во всех образцах осадков было установлено наличие гидрокарбрнат ионов. Для этого я в течении продолжительного времени прокипятил каждый образец осадков. Наблюдалось незначительное образование белого осадка. Растворимые в воде гидрокарбонаты перешли в нерастворимую форму и выпали в осадок. После отделения осадка, на него подействовала раствором соляной кислоты, после чего последовало характерное вспенивание, что является качественной реакцией на гидрокарбонат ионы.

Выводы:

1) в условиях школьной лаборатории не удалось выявить серьезных изменений по составу осадков г. Новозыбкова.

2)экспериментальным путем в отдельных образцах осадков было установлено наличие механических примесей и химических загрязнителей.

Заключение:

вода от осадков должна быть прозрачной, не иметь цвета, запаха. вкуса и не образовывать осадки грязного цвета после отстаивания. Изменение данных параметров в исследуемых образцах осадков говорит о их загрязнении механическими примесями. Одним из таких компонентов на мой взгляд, является графитовая пыль, которая является результатом выхлопных газов автомобилей.

Слабокислый характер среды в образцах обусловлен наличием в атмосфере соединений азота и серы, что может быть связано с внесением удобрений в почву.

Щелочной характер среды можно объяснить наличие в воздухе паром аммиака, который при взаимодействии с водой превращается в нашатырный спирт, который входит в состав удобрений и инсектицидов.

Наличие ионов железа в некоторых образцах воды может быть вязано с нарушением деятельности заводов на территории города Новозыбкова.

Низкое содержание гидрокарбонат ионов в воде, говорит о нее природной мягкости.

Учитывая, что состав осадков может служить показателем чистоты воздуха, то можно сделать вывод, о том, что в городе Новозыбкове в течении времени, когда проводилось взятие проб(2023 год),превышение предельно допустимых концентраций опасных химических веществ не наблюдалось.

Литература и интернет ресурсы.

1. Барков С. А., Ронжина Н. М., Качественный анализ. М.: Высшая школа, 1962.

2. Неймарк А.М. Основы химического анализа. М.: Просвещение, 1972.

3. Хорват Л., Кислотный дождь. М.: Стройиздат, 1990.

4. Шапиро С. А., Шапиро М. А., Аналитическая химия. М.: Высшая школа, 1963.

http://schools.keldysh.ru/sch1952/Pages/glukhova04/prakticum.htm

http://referatyk.com/biologia_and_himia/15804-himicheskiy_analiz_dojdevoy_vodyi.html

http://www.watermap.ru/articles/dozhdevaya-voda

http://all-about-water.ru/chemical-composition.php

Приложение 1. Результаты эксперимента по анализу механических характеристик природной дождевой воды

Приложение 2. Результаты эксперимента по суточному отстаиванию осадков.

м-мутная; с-серый ; св-сероватый; ж-желтоватая ; свб-серовато-бурый; б-бурый

Приложение 3. Результаты эксперимента по обнаружению солей в образцах осадков.

Приложение 4. Результаты эксперимента по установлению ионного состава осадков.

Приложение 5. Результаты эксперимента по обнаружению ионов железа 3+ в образцах осадков.

Приложение 6. Результаты эксперимента по обнаружению гидрокарбнат ионов.