Хімічний аналіз дощової води
Дослідницька робота
Фірсов Артем Геннадійович
11Б
Природничо-технічний ліцей
Саранськ 2004
Вступ
Дощова
вода добре засвоюється організмом і містить мінімальну кількість шкідливих
домішок. Вона сприяє більш якісному перетравлювання і засвоєння їжі.
Зберігає вологу шкіри і підтримує її в рівновазі. Але все це відноситься до
чистої дощової води. У нинішніх умовах склад дощової води залежить від того,
над якою територією утворилася хмара, наскільки сильно забруднена там
атмосфера. Наприклад, сполуки сірки та азоту, вступаючи в атмосфері в реакцію з
водою, перетворюються на кислоти і випадають на землю у вигляді так званих
«Кислотних» дощів. При сучасному екологічному неблагополуччя майже кожен
дощ можна назвати «кислотним». Тому зараз дощову воду не можна не тільки
пити, але навіть мити в неї голову і прати білизну.
Реакція
організму на кислотні дощі залежить від концентрації шкідливих домішок у
дощової води і часу її дії. Реакції можуть бути двох типів --
негайні та відстрочені. До негайним відносяться почервоніння шкіри, свербіж. До
відстроченим - випадання волосся, порушення біохімічних процесів.
В
зв'язку з цією проблемою я вирішив вивчити хімічний склад дощів, які
випадають в районі мого будинку, і визначити їх вплив на організм людини.
Також метою моєї роботи є виявлення причин зміни хімічного складу
дощової води.
1.
Екологія в житті людини.
Фактори,
що впливають на здоров'я людини.
Кислотний
дощ - це дощ рН якого менше 5. Кислотний характер дощу надає
безліч хімічних сполук, але основними є SO2, SO42-і NO.
Існує
тісна залежність між рівнем смертності ступенем забруднення району. При
концентрації SO2 близько 1 мг/м 3, що буває взимку в Будапешті, зростає
число смертельних випадків, в першу чергу серед людей старшого покоління та
осіб, які страждають захворюваннями дихальних шляхів. Статистичні дані показали,
що таке серйозне захворювання, як помилковий круп, що вимагає моментального
втручання лікаря і поширене серед дітей, виникає з тієї ж
причини. Те ж саме можна сказати і ранньої смертності новонароджених в Європі і
Північній Америці, яка щорічно обчислюється декількома десятками тисяч.
Крім
оксидів сірки та азоту небезпечні для здоров'я людини також аерозольні частинки
кислотного характеру, що містять сульфати або сірчану кислоту. Ступінь їх небезпеки
залежить від розмірів. Так пил і більш великі аерозольні частинки затримуються
у верхніх дихальних шляхах, а дрібні (менше 1 мкм) краплі сірчаної кислоти або
частки сульфатів можуть проникати в самі далекі куточки легенів.
Фізіологічні
дослідження показали, що ступінь впливу прямо пропорційна
концентрації забруднюючих речовин. Однак існує граничне значення, нижче
якого навіть у самих чутливих людей не виявляються які-небудь
відхилення від норми. Наприклад, для двоокису сірки середньодобова порогова
концентрація для здорових людей становить приблизно 400 мкг/м3.
На
захищених територіях нормативи відповідно суворіше. У той же час
очікується, що в майбутньому встановлять ще більш низькі нормативні значення.
Однак небезпечна концентрація може виявитися ще нижче, якщо різні кислотні
забруднюючі речовини будуть посилювати вплив один одного, тобто виявиться
синергізм. В Угорщині також встановлена залежність між забрудненням двоокисом
сірки і різними захворюваннями дихальних шляхів (грип, ангіна, бронхіт і т.
д.). На окремих забруднених територіях Угорщини число захворювань було в
кілька разів більше, ніж на контрольних територіях.
Крім
первинного прямого впливу, природно, на людину опосередковано впливає і
закислення навколишнього середовища. У першу чергу воно веде до корозії і руйнування
металів, будинків і пам'яток (особливо побудованих з пісковика і вапняку і
розташованих під відкритим небом).
1.2.Отріцательное
вплив діяльності людини на навколишнє середовище.
В
результаті діяльності людини в атмосферу потрапляють значні кількості
сполук сірки, головним чином у вигляді її двоокису. Серед джерел цих
з'єднань на першому місці стоїть вугілля, спалюється в будівлях і на
електростанціях, який дає 70% антропогенних викидів. Вміст сірки
(кілька відсотків) у вугіллі досить велике (особливо в бурому вугіллі). У
процесі горіння сірка перетворюється на сірчистий газ, а частка сірки залишається в
золі у твердому стані.
Зміст
сірки в неочищеної нафти також досить велика в залежності від місця
походження (0,1-2%). При згорянні нафтопродуктів сірчистого газу
утворюється значно менше, ніж при згорянні вугілля.
Джерелами
освіти двоокису сірки можуть бути також окремі галузі промисловості,
головним чином металургійна, а також підприємства з виробництва сірчаної
кислоти та переробки нафти. На транспорті забруднення сполуками сірки
щодо незначно, там, в першу чергу необхідно зважати на
оксидами азоту.
Таким
чином, щорічно в результаті діяльності людини в атмосферу потрапляє 60-70
млн. тонн сірки у вигляді двоокису сірки. Порівняння природних і антропогенних
викидів сполук сірки показує, що людина забруднює атмосферу
газоподібними з'єднаннями сірки в два рази більше, ніж це відбувається в
природі.
До
того ж ці сполуки концентруються в районах з розвинутою промисловістю,
де антропогенні викиди в кілька разів перевищують природні, тобто головним
чином в Європі та Північній Америці.
Серед
антропогенних джерел утворення оксидів азоту на першому місці стоїть
горіння викопного палива (Вугілля, нафта, газ і т. д.). Під час горіння в
результаті виникнення високої температури знаходяться в повітрі, азот і
кисень з'єднуються. Кількість утвореного оксиду азоту NO
пропорційно температурі горіння. Крім того, оксиди азоту утворюються в
Внаслідок горіння наявних в паливі азотовмісних речовин. Горячи паливо,
чоловік щорічно викидає в повітря 12 млн. т. оксидів азоту. Трохи менше
оксиду азоту (8 млн. т. на рік) надходить від двигунів внутрішнього згоряння.
Промисловість, викидаються в повітря щорічно 1 млн. т. оксиду азоту, не
являє собою серйозного джерела забруднення в порівнянні з опаленням і
транспортом. Таким чином, по крайней мере, 37% з майже 56 млн. т. щорічних
викидів оксиду азоту утворюються з антропогенних джерел. Цей відсоток,
однак, буде більше, якщо ми додамо сюди продукти спалювання біомаси.
Отже, в цілому кількості природних і штучних викидів
приблизно однакові, проте останні, так само як і викиди сполук
сірки, зосереджені на обмежених територіях Землі.
1.3.
Способи захисту від кислотних дощів.
Найбільш
ефективним способом захисту слід вважати значне скорочення викидів
двоокису сірки та оксиду азоту. Цього можна досягти кількома методами, у тому
числі шляхом скорочення використання енергії та створення електростанцій, не
використовують мінеральне паливо. Інші можливості зменшення викиду забруднень
в атмосферу - видалення сірки з палива за допомогою фільтрів і регулювання
процесів горіння.
Краще
всього було б використовувати паливо з низьким вмістом сірки. Однак таких
видів палива дуже мало. Видалення сірки з мазуту і вугілля - процес дуже
складний і дорогий, а в результаті вдається звільнити всього 30-50% сірки.
Кількість
оксиду азоту, що утворюється при горінні, залежить від температури горіння.
Виявлено, що чим менше температура горіння, тим менше виникає оксиду
азоту, до того ж кількість NO залежить від часу знаходження палива в зоні
горіння і від надлишку повітря. Таким чином, відповідною зміною
технології можна скоротити кількість що викидається забруднюючої речовини.
2.
Дощова вода - показник забруднення атмосфери.
В
ході роботи були досліджені 3 зразки води. Збір кожного з них проводився в
районі будинку № 36 по вулиці Евсевьева р. Саранська (приватна забудова) наступним
чином: на відстані від землі приблизно 1 метр встановлювалася ємність, над
якої нічого не було (дерева, дахи будинків і т. д.). Потім зібрану воду
переливали в чистий посуд, відзначаючи дату збору і напрям вітру.
2.1.
Визначення рН середовища.
pH
визначався за допомогою приладу «іонометр універсальний ЕВ-74».
Дата збору дощової води
рН
Напрямок вітру
3. 10. 2004
7
західне
5. 10. 2004
6.3
північно-західне
24.10.2004
6.6
північно-західне
2.2.Качественний
аналіз дощової води.
Для
проведення якісних реакцій на різні іони відбирали деяка кількість
досліджуваної дощової води, і, створюючи належні умови, додавали необхідну
реактив.
При
додаванні до даного зразком розчину ВаСl2 в середовищі HCl спостерігали невелике
помутніння розчину, що свідчить про малий вмісті в досліджуваному
розчині сульфат-іонів.
Наявність
іонів NO3 -
визначалося додаванням діфеніламіна (C6H5NHC6H5) у присутності сірчаної
кислоти. Розчин придбав синій колір, що говорить про присутність нітрат-іонів.
Для
визначення хлорид-іонів у досліджуваному зразку води додавали розчин AgNO3 в
середовищі азотної кислоти. Розчин слабо помутніло. Це показує, що іони хлору
міститися у малій кількості.
Для
визначення іонів ртуті (Hg2 +) додавали розчин SnCl2. Спостерігали випадання
білого осаду, що говорить про зміст іонів ртуті у воді.
На
хром (VI) була проведена якісна реакція з тіосульфатів амонію
((NH4) 2S2O3) в сірчанокислої середовищі. Після розчинення тіосульфату амонію був
доданий діфенілкарбазід, розчин придбав червоно-коричневий колір, що
свідчить про присутність хромат-іонів.
Для
визначення іонів заліза (III) додавали розчин тіоціанат амонію (NH4CNS) в
сірчанокислої середовищі. Розчин придбав слабке криваво-червоне забарвлення, що
свідчить про присутність у досліджуваному зразку води іонів Fe3 +.
Результати
якісного аналізу для всіх трьох зразків збіглися.
2.3.
Порівняння результатів аналізу з даними ГОСТу.
В
ході порівняння результатів з даними ГОСТу для питної води були зроблені
наступні висновки. pH відповідає нормі (за ГОСТом - 6-9), зміст
SO42-, NO3-, Cl-та іонів заліза також є недопустимим. Але неприпустимим є
вміст іонів Hg2 + та іонів Cr6 +. Ртуть вражає нервову систему, тому вона
зарахована до нейротропним отрут. Крім того, цей небезпечний метал накопичується в
кістках. Люди з хронічною інтоксикацією ртуті страждають емоційної
нестійкістю, неврастенію, вегето-судинну дистонію, неадекватним
поведінкою, страшними головними болями і ломота в кістках, 50% з них беззубі.
Як стверджують медики, такі хворі видужання не підлягають. У жінок велика
небезпека викиднів, передчасних пологів, появи недоумкуватих дітей.
Токсична
дію хрому на людину в усіх випадках призводить до погіршення показників
обміну речовин. Сполуки хрому викликають місцеве подразнення шкіри і слизових оболонок,
що призводять до їх виразки, а при вдиханні аерозолів - до прориву хрящової
частини носової перегородки, ураження органів дихання аж до розвитку
пневмосклерозу. Загальнотоксична дія сполук хрому позначається в
ураженні печінки, нирок, шлунково-кишкового тракту, серцево-судинної
системи. Незалежно від шляху введення сполук хрому в організм, в першу
чергу уражаються нирки - спочатку канальцевий апарат, потім судинна мережа з
переважним ураженням клубочків. Всі з'єднання хрому, потрапляючи в організм
людини, змінюють активність ферментів і пригнічують тканинне дихання. Алергічне
дію цих сполук проявляється нападами, подібними з бронхіальною
астмою, і розвитком шкірної сенсибілізації, що є причиною "хромових
екзем ". Є дані, що свідчать про більш високу захворюваність і
смертності від раку органів дихання і травлення серед працюючих на хромових
виробництвах.
Причиною
появи іонів ртуті в дощовій воді швидше за все є те, що на території
Саранського електролампового заводу (СЕЛЗ) знаходиться ртутний цех (цех № 8),
який розташований у межах міста. Не виключено, що й інші заводи виробляють
викиди ртуті.
Хромування
різних деталей проводиться на багатьох заводах нашого міста (у тому числі і
на СЕЛЗе), звідси можна зробити висновок, що і це є причиною потрапляння
іонів хрому в дощову воду.
Також
не можна випускати з виду той факт, що при зборі опадів напрямок вітру було
або західним, або північно-західним і пари ртуті могли бути принесені з інших
міст.
ВИСНОВОК
В
ході проведеної дослідницької роботи були розглянуті фактори навколишнього
середовища, що негативно впливають на організм людини, зокрема вплив
кислотних дощів. Були проведені експерименти з визначення рН дощової води
(результати яких відповідають стандарту), а також за визначенням різних
іонів (вміст іонів ртуті і хрому свідчить про певною мірою
забруднення дощової води). Підсумком роботи стали розширені знання про
фактори навколишнього середовища, що негативно впливають на організм людини, в
Зокрема про кислотних дощах (досліджувані дощі такими не виявилися),
виявлення неприпустимого змісту іонів ртуті в досліджуваній дощової води,
зібраної в районі будинку № 36 по вулиці Евсевьева міста Саранська. Можлива
причина невеликого вмісту різних іонів - розташування даного будинку в
непромислової частини міста. Присутність іонів ртуті - розташований у межах
міста ртутний цех СЕЛЗа, хрому - перебування у межах міста заводів,
хром що використовують у своєму виробництві.
Список літератури
1.Хорват
Л., Кислотні дощі. М.: Стройиздат, 1990.
2.Барков
С. А., Ронжіна Н. М., Якісний аналіз. М.: Вища школа, 1962.
3.Шапіро
С. А., Шапиро М. А., Аналітична хімія. М.: Вища школа, 1963.
4.
Неймарк А.М. Основи хімічного аналізу. М.: Просвещение, 1972.
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://licey43.ru
