Исследование состава минеральной воды Исследовательская работа .

IX межмуниципальная научно-практическая конференция

обучающихся общеобразовательных организаций

«Школьная исследовательская инициатива»

Химическая секция

Исследование состава минеральной воды

Исследовательская работа

Митина Валерия,

11 класс, МКОУ «Лещановская СОШ»

Научный руководитель:

Медведева Людмила Ивановна,

учитель химии, МКОУ «Лещановская СОШ»

2019 год

Лещаное

Содержание

1. Введение…………………………………………………………3-5

Краткий обзор литературы……………………………………..4-5

1. Основная часть………………………………………………….5-14

Глава 1. Теоретическая часть………………………………….5-10

1. Химический состав минеральной воды………………..5-6

2. Влияние катионов и анионов, содержащихся в

3. минеральной воде, на организм человека……………...6-7

4. Лечебное действие минеральной воды на организм

человека………………………………………………….7-8

1. Классификация минеральных вод……………………..9-10

Глава 2. Практическая часть………………………………….10-14

1. Химический состав образцов исследуемой воды…….10

2. Определение состава минеральной воды……………..10-11

3. Определение ph минеральной воды…………………...11

4. Определение сульфат-ионов в минеральной воде……11-12

5. Определение хлорид-ионов в минеральной воде…….12

6. Определение ионов-серебра и карбонат-ионов в минеральной воде………………………………………12-13

7. Влияние минеральных вод на растительные клетки…13-14

Заключение………………………………………………………………14-15

Выводы………………………………………………………...15

Список использованной литературы…………………………………..16

Приложения……………………………………………………………..17-23

1. Введение.

В настоящее время существует огромное многообразие минеральных вод. И с экологической точки зрения все больше людей пользуются для утоления жажды не обычной водопроводной водой, а предпочитают покупать питьевую либо минеральную воду в магазинах или аптеках.

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 [8]. Именно поэтому минеральную воду используют в зависимости от ее химического состава и физических свойств — в качестве наружного или внутреннего лечебного средства. Они бьют из земли, часто имеют высокую температуру.

Главная ценность минеральных вод заключается в том, что их «приготовила» и наделила целебными свойствами сама природа. Вроде бы любую минеральную воду можно химически разложить по солям и, значит, воссоздать. Однако искусственно насыщенная минералами вода не способна заменить природную, потому что не обладает волшебным действием. Важно, что любая минеральная вода тесно связана с тем местом, где она добывается или изливается на поверхность. Когда она выходит из недр земли, то растворяет не только соли и насыщается ими, но проходит сквозь различные гравитационные, магнитные, биологические поля. [2]

Проблемой исследования является противоречие между использованием минеральной воды в качестве экологически безопасной большинством населения и недостаточной изученностью её химического состава и свойств, технологии производства продукта.

Актуальность исследования: многообразие минеральной воды, представленной на полках магазинов, способно ввести в заблуждение кого угодно. В своей исследовательской работе я решила экспериментально узнать, какая из минеральных вод наиболее полезна и безопасна для нашего организма.

Значимость темы: в последнее время в нашем современном обществе, к сожалению, всё труднее и труднее найти качественный и полезный продукт.

Объект исследования: семена салата.

Предмет исследования: минеральные воды марки: «Архыз», «Росинка Липецкая», «Живой ручей», «Заповедник здоровья», «Societe Minerale», «Borjomi».

Цель работы: исследовать физико-химические показатели минеральных вод, научиться разбираться в многообразии видов минеральной воды и делать правильный выбор в зависимости от цели использования.

Для достижения цели надо выполнить следующие задачи:

1. Изучить научную литературу по данной теме;

2. Провести социологический опрос учеников школы и выяснить предпочтения в марках минеральной воды учеников нашей школы;

3. Применить полученные знания для правильного использования минеральных вод;

4. Изучить классификацию и способы применения минеральных вод,

исследовав их химический состав методами качественного анализа;

1. Сравнить минеральные воды разных производителей.

Гипотеза: все ли виды минеральных вод обладают лечебными свойствами и как они влияют на развитие живых организмов?

Методы исследования:

• Теоретические: анализ, классификация.

• Эмпирические: сравнение, наблюдение, эксперимент.

• Математические: счет, измерение.

• Статистический: анкетирование.

Краткий обзор литературы

Основными источниками, раскрывающими теоретические основы, явилась работа Яновского П. Л. «Минеральные воды СССР, разливаемые в бутылки». В данном источнике подробно рассмотрено понятие минеральных вод, их значение в жизни человека. [8, 22]

На основе работ Аладова А. С. «К вопросу о физиологическом действии боржомской минеральной воды» [1, 7], Ангуладзе В. А. «О действии боржомских минеральных вод» изучены скважины добычи минеральной воды для грузинской марки «Borjomi». [2]

По работам Баранова В. Г. «Болезни эндокринной системы и обмена веществ» [3, 275], Кайбанова Г. С. «О действии минеральных вод кавказской группы на моторную функцию желудка и кишечника в норме и патологии» [5, 121], Лозинского А. А. «О лечении минеральными водами на дому у больных» систематизированы знания о лечебных свойствах минеральной воды. [6, 45]

Для выращивания салата, поливаемого минеральной водой разных марок, была использована книга Дробкова А. А. «Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных». [4, 59]

Для разработки рекомендаций по применению минеральных вод в лечебных целей использовалась работа Пислегина А. К. «Влияние минеральных вод на организм человека». [7, 60]

1. Основная часть.

Глава 1. Теоретическая часть

1. Химический состав минеральной воды.

Минеральная вода – вода, содержащая биологически активные минеральные и органические компоненты, обладающая специфическими физико-химическими свойствами. Питьевые минеральные воды поступают из природных источников, в растворе которых содержатся различные полезные газы и соли. Они бьют из земли, часто имеют высокую температуру. Изучением минеральных вод и их полезных свойств занимается наука бальнеология. Согласно литературным источникам, суточная потребность в некоторых минеральных веществах представлена таблицей. (Приложение 1)

При покупке минеральной воды нужно ориентироваться не только на её вкусовые качества, но и на химический состав. Химический состав минеральной воды представляет собой, в первую очередь, разнообразные комбинации из шести основных компонентов: натрий (Na), кальций (Са), магний (Мg), хлор (Сl), сульфат (SO₄) и гидрокарбонат (НСО₃). (Таблица 1)

Двуокись углерода (угольный ангидрид) также является важным компонентом минеральной воды, так как за счёт взаимодействия углекислого газа с подземными породами и формируются лечебные свойства воды. Углекислый газ, кроме того, смягчает вкус напитка и способствует лучшему утолению жажды. Он также стабилизирует химический состав минеральной воды, поэтому для сохранения всех полезных свойств её перед розливом дополнительно насыщают двуокисью углерода. [4, 59]

В небольших количествах в минеральной воде содержится почти вся таблица Менделеева в микро- и ультрамикродозах. В наибольшем количестве в ней представлены: железо, йод, фтор, бром, мышьяк, кобальт, молибден, медь, марганец и литий. Они в свою очередь тоже оказывают влияние на человека, и притом каждый своё [7, 60].

1. Влияние катионов и анионов, содержащихся в минеральной воде, на организм человека.

Лечебные свойства минеральной воды, ее химическую сущность определяют семь основных ионов: - четыре катиона — калий (К+ ), натрий (Na+ ), кальций (Са2+), магний (Mg2+) - играют важную роль в жизнедеятельности организма. Даже небольшие отклонения их 8 концентрация в тканях и в крови нарушают все физиологические процессы и требуют срочной коррекции. По катионам минеральные воды могут быть: натриевыми (Na); кальциевыми (Ca);магниевыми (Mg);смешанными кальциево-магниевыми; кальциево - магниевонатриевыми и др. - три аниона — хлор (С1- ), сульфат (S04 2- ) и гидрокарбонат (НСО3 - ), которые постоянно соединяются, образуя различные соли, и разъединяются. Ионы в данном случае – это растворенные соли, представленные электрически заряженными частицами. Как известно, ионы могут нести положительный или отрицательный заряды, и, в зависимости от этого, называются либо катионами, либо анионами. Все разнообразие минеральных вод в значительной степени создано различными комбинациями этой великолепной семеркой! Если ионы натрия сочетаются с ионами хлора, то вода относится к группе хлоридных натриевых, или соленых, минеральных вод. Комбинация натрия, хлора и гидрокарбоната дает группу гидрокарбонатных хлоридных натриевых минеральных вод (их еще называют «соляно-щелочными»). Группа вод, в которой преобладают ионы гидрокарбонатные и ионы натрия, так и называется группа гидрокарбонатных натриевых вод. В обиходе их еще именуют по старинке — содовые, или щелочные.

Хлор влияет на выделительную функцию почек. [5, 121]

Калий и натрий поддерживают необходимое давление в тканевых и межтканевых жидкостях организма. [5, 121]

Йод активизирует функцию щитовидной железы, участвует в процессах рассасывания и восстановления. [3, 275]

Бром усиливает тормозные процессы, нормализуя функцию коры голового мозга. [3, 275]

Железо входит в структуру гемоглобина, его недостаток в организме приводит к анемии. [3, 275]

Медь помогает железу переходить в гемоглобин. [3, 275]

При питье минеральная вода оказывает многообразное действие. Раздражая многочисленные рецепторы слизистой оболочки полости рта и желудка, минеральная вода влияет не только на слюноотделение, но и на структурную и моторную функции желудка и кишечника, функциональное состояние мочеотделительной и других систем. Одновременно (особенно в верхних отделах кишечника) происходит всасывание выпитой минеральной воды и поступление ее в лимфатическую и кровеносную системы. Это приводит к изменению химического состава и кислотно-щелочного равновесия жидкостей и тканей, усиливает образование биологически активных веществ, что в конечном счете сказывается на функциональной активности многих органов и систем, на течении обменных процессов в организме.

1. Лечебное действие минеральной воды на организм человека.

В эффекте питьевого лечения важную роль играет действие химических компонентов минеральных вод на состояние главных пищеварительных желез, на эндокринную систему органов пищеварения. В частности, питье минеральных вод стимулирует выделение клетками желудка гормона гастрина, который обладает выраженным физиологическим действием [7, 60].

В эффекте питьевого лечения важную роль играет действие химических компонентов минеральных вод на состояние главных пищеварительных желез, на эндокринную систему органов пищеварения. В частности, питье минеральных вод стимулирует выделение клетками желудка гормона гастрина, который обладает выраженным физиологическим действием.

Болезни желудка [1, 7], [5, 121]

Какими только болезнями не страдает наш бедный желудок. Минеральная вода - самый лучший лекарь. Она помогает восстановить желудочные выделения. 
Для лечения необходимо выпивать по 5 мл на 1 кг массы 3 раза в день. Ее обязательно нужно подогреть до 28 градусов и выпивать натощак за 35-40 минут до еды, медленно, небольшими глоточками.

С язвой гораздо сложнее. Не каждой язве полезна минералка. Желудочные кровотечения, обострения болезни двенадцатиперстной кишки - не время для лечения водой. А вот когда обострение затухнет, поддержите больной желудок. Периоды обострений болезни - не что иное, как повышенная возбудимость желудочных функций. Успокоить разбушевавшийся желудок может теплая минеральная вода, из которой удаляется углекислый газ. Пить такую воду следует с учетом секреторной функции желудка по методу, описанному выше.

Болезни кишечника [5, 121]

Больной кишечник - большие неприятности. Некоторые минеральные воды - прекрасное слабительное средство. Выпивая по стакану воды за 40-60 минут до еды 3 раза в день, Вы заставите Ваш кишечник работать как часы.
Перед употреблением обязательно подогрейте воду до 40-45 градусов.

Болезни мочеполовой системы [3, 275]

Лечебно-столовая вода оказывает противовоспалительное действие, помогает прочистить почки и мочевые пути, облегчая выход камней. Воду принимают только в подогретом виде (до 38-42 градусов), натощак, за полчаса до еды. Однако процесс лечения требуют более частого питья указанных минеральных вод и в больших количествах для обеспечения режима частых мочеиспусканий (по 250 – 300 мл, 3-4 раза в день).

Лечение диабета [6, 45]

Общепринято больным сахарным диабетом питье минеральных вод 3 раза в день: перед завтраком, обедом и ужином за 45 - 60 минут до приема пищи. Помимо питьевого лечения при сахарном диабете могут быть использованы и другие методы внутреннего применения минеральных вод: введение через дуоденальный зонд, лечебные клизмы, сифонные промывания кишечника.

Болезни печени [3, 275]

При болезнях печени (например, вирусный гепатит, гепатоз) минеральная вода незаменима. Она помогает восстановить функции клеток печени. Воды придется пить больше, чем при других болезнях. Пьют ее 3 раза в день, обязательно в подогретом виде (40-45°С) в постепенно возрастающей дозе  по полтора - два стакана за один прием. Вид минеральной воды следует выбирать, как описано выше, в зависимости от исходной секреторной функции желудка.

При ожирении [6, 45]

Людям, страдающим ожирением, необходимо прежде всего много пить: в их организме содержание воды сильно понижено. Рекомендуется употреблять по 150 - 200 мл минеральной воды комнатной температуры, 3 раза в день, за 45 - 60 минут до еды, предварительно выпустив весь углекислый газ.

1.4 Классификация минеральных вод

а) По содержанию минеральных веществ минеральные воды делятся на:

• столовые (содержащие солей до 1 г на литр), которые можно пить сколько угодно;

• лечебно-столовые (2–8 г на литр). Они годятся и когда просто хочется пить, и если здоровье подправить нужно. Обычно такие воды прописывает врач, но их можно использовать как столовые с одной оговоркой – «несистематически». К лечебно-столовым водам относится и вода «Хан- Куль».

• лечебные (уровень солей больше 10 г на литр). Это уже лекарство, которое требует рекомендации врача. Да и по вкусу она такая, что просто так пить ее не захочешь. На организм человека эти воды оказывают сильное воздействие. Их пьют в строго оговоренном количестве – столовая, а то и чайная ложка в день!

• воды бальнеологического назначения для наружного применения (для ванн), которые подразделяются на высокоминерализованные с М=10,1-35 г/л (35 г/л — минерализация вод Мирового океана), рассольные с М = 35,1-150 г/л, крепкие рассолы с М = 150,1-600 г/л и очень крепкие рассолы с М 600 г/л. В отечественной бальнеотерапии применяются воды, разбавленные до минерализации 18-20 г/л (минерализация вод Черного моря). 

б) По температуре различаются:

• холодные, t

• теплые, t = 21-36°С;

• горячие (термальные), t=37-42°С;

• очень горячие (высокотермальные), t 42°С минеральные воды.

• Высокотермальные воды достигают температуры более 90°С. 

в) Классификация минеральных вод в зависимости от газового состава и наличия специфических элементов:

1. Углекислые (кислые) минеральные воды

2. Сульфидные (сероводородные) минеральные воды

3. Бромистые минеральные воды

4. Йодистые минеральные воды

5. Мышьяковистые минеральные воды

6. Радиоактивные (радоновые) минеральные воды

г) Классификация по ионному составу

• Бикарбонатная вода (содержит: более 600 миллиграммов бикарбонатов на литр).

• Сульфатная вод (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).

Глава 2. Практическая часть.

1. Химический состав образцов исследуемой воды.

Возьмем 6 образцов минеральной воды и проанализируем их химический состав:

Таблица №1

Рассмотрев таблицу, можно сказать, что во всех 6 образцах воды присутствуют такие ионы, как: K+, Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^-.

Но действительно содержатся ли они? И если содержатся, то в том ли количестве, которое указано на этикетке? Это я и узнаю с помощью эксперимента.

1. Определение состава минеральной воды.

В своей исследовательской работе я изучила минеральные воды следующих фирм (Приложение 2):

№1- «Архыз»,

№2- «Липецкая Росинка»,

№3 - «Живой ручей»,

№4 - «Заповедник здоровья»,

№5 - «Societe Minerale»,

№6 – «Borjomi».

Для того что бы понять полезной ли является минеральная вода или же приносит вред, я решила разобраться в составе минеральной воды. На этикетках написан определенный состав минеральной воды. Согласно этому составу были поставлены следующие опыты.

1. Определение ph минеральной воды

Реакция среды (рН). Водородный показатель определяется концентрацией в воде водородных ионов и характеризуется величиной pН. По величине pН минеральные воды делятся: на кислые (pН – 3,5-6,5), нейтральные (6,7-7,2), щелочные (pН – 7,3-8,5). Чем выше pН минеральной воды, тем больше ее щелочность.

Для определение ph мы брали 6 пробирок и наливали в каждую пробирку по одному виду минеральной воды и макали в воду лакмусовую бумажку[1]. После 3-4 минут мы сравнили результаты со шкалой ph (Приложение 3-5).  После чего записывали результаты в таблицу №2. В результате проведения опытов я определила что ph растворов минеральных вод ближе к слабо-щелочному или нейтральному и является доказательством того что вода является безопасной для внутреннего восприятия.

Таблица №2

1. Определение сульфат-ионов в минеральной воде.

Чтобы узнать существуют ли воде сульфаты нужно в чистые пробирки налить воду и добавить в неё BaCl₂. Результаты внесла в таблицу № 3.

Таблица №3

В образцах вод, где наблюдалось помутнение, произошла качественная реакция на содержание сульфат-ионов. Больше всего анионов SO₄^2- содержится в образце №2 «Росинка Липецкая», а в образце №1 «Архыз» их не обнаружено. Сравнивая результаты своего опыта с химическим составом вод, убедилась, что анионы действительно содержаться в указанном количестве. На этикетке образца №1 «Архыз» написано, что в воде не содержатся сульфат-ионы, мой опыт это подтвердил. (Приложение 6)

1. Определение хлорид-ионов в минеральной воде.

Для определения иона я добавила AgNO₃ и занесла полученные результаты в таблицу.

Таблица №4

Опыт показал, что в образцах №1 «Архыз» и №3 «Живой ручей» хлорид-ионы не содержатся. При этом на этикетке минеральной воды «Архыз» это указано, а в химическом составе воды «Живой ручей» количество хлорид-ионов (Приложение 7)

1. Определение ионов-серебра и карбонат-ионов в минеральной воде.

Для определения содержания в воде катионов серебра и анионов CO₃^2- налила в чистые пробирки минеральную воду и добавила HCl.

Таблица №5

С помощью этого опыта мне удалось подтвердить отсутствие ионов-серебра в 6 образцах минеральных вод, а также выяснить, что наибольшее количество анионов CO₃^2- содержится в образце №6 «Borjomi», как и указано в таблице 1. В образцах №2 «Росинка липецкая» и №5 «Societe Minerale» количество, содержащихся в воде карбонат-ионов, что реакция проходит без изменений. (Приложение 8)

1. Влияние минеральных воды на раститения.

Для того чтобы понять действительно ли безвредной является минеральная вода мною было решено взять семена салата, так как именно это растение считается наиболее чувствительным. Клетки животных и растений очень похожи, и взаимодействие на живые организмы должны быть похожи.

Для проведения эксперимента я взяла 6 ватных дисков, на которые заранее нанесла нумерацию, соответствующую номерам образцов минеральной воды. Каждый ватный диск был смочен нужной водой. Взяв семена салата, я разделила их количество таким образом, что на каждом диске было по 35 семян.

Таблица №6

Образцы всех семян набухли и проросли. Из-за слишком большой концентрации солей в образце №6 «Borjomi» ростки были очень слабыми. Лучше всех был образец под №1 «Архыз» и №3 «Живой ручей».

Мною был проведен социологический опрос об использовании минеральной воды людьми. (Приложение 11)

1. Заключение.

Минеральные воды оказывают на организм человека лечебное действие всем комплексом растворенных в них веществ, а наличие специфических биологически активных компонентов и особых свойств определяют методы их лечебного использования. Большинство минеральных вод имеет смешанный состав, что повышает лечебный эффект при их правильном применении

Минеральная вода – это богатство подаренное нам природой. Её лечебные свойства известны с давних времен и определяются они, прежде всего тем, сколько в них содержится солей. Лечебно-столовая вода считается "обогащенной" минеральными солями и является профилактической водой от болезней. Лечебная же вода уже направленна на сбалансированный баланс минеральных солей и конкретное лечение заболевания. 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. И именно по этим параметрам надо правильно употреблять минеральную воду.

Выводы

1.Был изучен состав, назначение и свойства минеральных вод 6 марок: «Архыз», «Липецкая Росинка», «Живой ручей», «Заповедник здоровья», «Societe Minerale», «Borjomi».

Образец №6 «Borjomi» является лечебной, вода марки «Заповедник здоровья» - питьевой, остальные воды – лечебно столовые.

2. Провели анализ состава минеральных вод. Исследования показали, что содержат сульфат - ионы и хлорид – ионы не содержит образец №1 «Архыз». Не в одном из образце, не был обнаружен катион серебра. Карбонат – ион был выявлен в образцах под № 2, 5. Исходя из рН и минеральных веществ находящихся в воде, минеральная вода служит для добавления минералов и является полезной, так как рН среда составляет от 5 до 8.

3. Влияние минеральной воды на живые организмы показал, образцы под номерами 1, 2, 3, 4, 5, провзаимодействовали с семенами дали побеги. Это объясняется тем, что данные воды лечебно-столовые и не превышают 10г на литр минеральных веществ. А объект №6 «Borjomi»- ростки слабые, он относится к лечебным водам соответственно, содержат много солей. Но всё же не является вредным для живого организма.

4. Минеральные воды исследуемых образцов соответствуют своему назначению и качеству, а образец №3 «Живой ручей» - единственная марка в моём исследовании, которая предоставляет неточную информацию своим потребителям.

Список использованной литературы

1. Аладов А. С. «К вопросу о физиологическом действии боржомской минеральной воды Екатерининского источника» Дисс. канд. Харьков, 1911.» - с. 5-15

2. Ангуладзе В. А. О действии боржомских минеральных вод. М., 1950.

3. Баранов В. Г. «Болезни эндокринной системы и обмена веществ» - с. 274-281

4. Дробков А. А. «Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных». Изд. АН СССР. М., 1958. – с. 59

5. Кайбанов Г. С. «О действии минеральных вод кавказской группы на моторную функцию желудка и кишечника в норме и патологии» Дисс. Пятигорск, 1958. – с.121-129

6. Лозинский А. А. «О лечении минеральными водами на дому у больных» Ворошиловск, 1939. – с. 33-47

7. Пислегин А. К. «Влияние минеральных вод на организм человека». Ставрополь, 1964. – с.60

8. Яновского П. Л. «Минеральные воды СССР, разливаемые в бутылки», М., 1964. – с. 20-26

Интернет источник:

1. http://fb.ru/article/322024/mineralnyiy-istochnik---eto-mineralnyie-istochniki-rossii

Приложения

Приложение 1

П риложение 2

Образцы минеральных вод, используемых в исследовании.

П риложение 3

О пределение ph минеральных вод.

Приложение 4

Определение ph минеральных вод.

П риложение 5

Результаты определения ph минеральных вод.

П риложение 6

Определение сульфат-ионов в минеральной воде.

П риложение 7

Определение хлорид-ионов в минеральной воде.

П риложение 8

Определение карбонат-ионов в минеральной воде.

Приложение 9

Влияние минеральных вод на растительные клетки.

П риложение 10

Побеги, поливаемые минеральной водой образцов №1 «Архыз» и №6 «Borjomi».

Приложение 11

Р езультаты а

Результаты анкетирования

Приложение 12

Результаты анкетирования

27