Министерство образования, науки и молодежи Республики Крым Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение учебно-воспитательный комплекс «Школьная академия» города Бахчисарай Республики Крым Республиканский конкурс природоведческих исследовательских проектов «Первооткрыватель» для учащихся 1-4 классов в 2020 году Номинация «Исследовательский проект» Секция «Химия в быту» Тема работы: «Измерение электропроводности различных видов воды г. Бахчисарая» работу выполнила Ловягина Мария Александровна 18.11.2010 года, обучающаяся Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения учебно-воспитательный комплекс «Школьная академия» г. Бахчисарай Республики Крым 3 – Е класса Руководитель работы: Санкичева Алие Рефатовна учитель начальных классов +7978 819 68 23 2020 год. Бахчисарайский район Оглавление 1 Словарь основных понятий, используемых в работе 3 2 Введение 2.1 Вода в жизни человека 3 2.2 Обеспечение водой Крыма 3 2.3 Удельная электрическая проводимость воды 4 3. Практическая часть 3.1 Изучение влияния различных веществ в воде на УЭП 4 3.2 Измерение УЭП водопроводной воды 7 3.3 УЭП проб природной воды в районе Бахчисарайского водохранилища 8 4 Список использованных источников и литературы 9 5 Приложения 10 2 1 Словарь основных понятий, используемых в работе Качество воды – совокупность ее свойств, обусловленных характером и концентрацией содержащихся в воде примесей. Удельная электрическая проводимость – способность вещества проводить электрический ток или перемещать электрические заряды в нем. Дистиллированная вода – вода, очищенная от растворённых веществ (солей) путём перегонки водяного пара и его конденсации. Пресная вода – вода из источников суши Земли, неморская, с небольшим содержанием солей – вода рек, озёр, ледников, подземные воды. Соли – сложные вещества, состоящие из ионов металлов и кислотных остатков. К ним относятся, например, поваренная соль (натрий хлористый) и пищевая сода (натрия гидрокарбонат). 2 Введение 2.1 Вода в жизни человека Вода играет очень важную роль в повседневной жизни человека, она нужна не только для питья и приготовления пищи, но и для полива сельскохозяйственных растений, для того, чтобы поить скот, широко используется на заводах. Много воды в быту расходуется на мытье посуды и стирку одежды. Также вода используется для обогрева жилья – она течёт в трубах и батареях от котельной в квартиру или в системе автономного отопления. 2.2 Обеспечение водой Крыма В России есть большие запасы пресной воды, но они неравномерные. Очень много рек и озёр в Сибири. на севере нашей страны. А южные районы часто засушливые и воды меньше. Наш полуостров Крым со всех сторон окружён морем (Чёрным и Азовским), а большие, полноводные реки в Крыму отсутствуют. Когда Крым входил в состав Украины, его водоснабжение обеспечивалось на 83,5% из Северо-Крымского канала водой реки Днепр. Остальные источники для питья и сельского хозяйства были внутренние, крымские: речные воды – 9,5%, подземные воды – 6,6%, опреснённые морские воды – 0,4% [1]. После 2014 года, когда Северо-Крымский канал был перекрыт, остались только крымские источники. Из-за нехватки воды в первую очередь пострадало сельское хозяйство, особенно Северного Крыма, где практически нет рек. В этой части Крыма появилась дополнительная проблема: почва стала засоляться 3 морскими водами возле побережья. Раньше днепровская вода вымывала соли из почвы, теперь происходит наоборот. 2.3 Удельная электрическая проводимость воды Проблема нехватки пресной воды на полуострове привела к тому, что учёными изучаются все возможные источники воды и изучается пригодность воды для нужд людей [2]. Качество воды для питья и сельского хозяйства проверяют по прозрачности, цвету, кислотности, наличию в воде загрязнений и солей. Вода с большим количество растворённых солей непригодна для питья человека и животных, ей нельзя поливать растения, которые привыкли к пресной воде. Поэтому измерение количества солей в воде очень важно для того, чтобы определить пригодность воды для бытовых нужд и сельского хозяйства. Удалить соли из морской воды, чтобы использовать такую опреснённую воду, можно, но очень дорого и нужны большие затраты электроэнергии. Поэтому такой способ в Крыму почти не используется. Может быть, более дешёвые способы удалять соли из морской воды, которой окружён весь полуостров, появятся в будущем. Один из быстрых способов оценить засолённость воды, то есть количество растворённых в ней солей – измерить её удельную электрическую проводимость. Чем больше в воде растворено солей, тем лучше вода проводит электрический ток. Специальным прибором – кондуктометром – можно измерить способность воды проводить ток. Она называется удельная электрическая проводимость (УЭП) и измеряется в микроСименсах на сантиметр, сокращённо мкСм/см, или миллиСименсах на сантиметр (мСм/см). Один миллиСименс = 1000 микроСименсов. Целью этой работы было измерение удельной электрической проводимости различных видов воды г. Бахчисарая. Задачи, которые мы поставили перед собой – научиться определять УЭП на кондуктометре, изучить, как влияют на УЭП воды различные вещества, отобрать пробы водопроводной и природной воды в г. Бахчисарае для их сравнения по электропроводимости. В своей работе мы использовали водопроводную воду, кондуктометр Hаnna HI 8733, весы технические с точностью измерения 0,01 грамма, мерный цилиндр, перегонную установку, соль поваренную, соду пищевую, сахар-песок. Были отобраны пробы природной воды. 4 3 Практическая часть 3.1 Изучение влияния различных веществ в воде на УЭП Мы проверили, как добавление в воду различных веществ изменяет её удельную электрическую проводимость (УЭП). Мы растворяли вещества, которые есть в каждом домашнем хозяйстве – поваренную соль, пищевую соду и сахар-песок. Но сначала мы получили воду без солей (обессоленную) с помощью перегонки. Для перегонки водопроводную воду наливали в перегонную установку (Приложение 1) и кипятили на газовой плите. Пар от кипящей воды поднимался по металлической трубе и после прохождения холодильника превращался опять в жидкую воду. Соли при этом не испарялись и оставались в перегонной установке, поэтому полученная вода была без солей. Таким образом мы получили примерно 3 литра перегнанной (дистиллированной) воды, её УЭП была равна 6,2 мкСм/см. Это очень малая электропроводимость, природная вода обычно имеет УЭП в сотни раз больше. Нам было удобно брать для измерения по 60 мл воды в пластиковый флакон, этого количества как раз достаточно, чтобы правильно погрузить щуп кондуктометра. Объём воды мы измеряли стеклянным мерным цилиндром. Для начала мы изучили, как добавки поваренной соли к дистиллированной воде изменяют УЭП. В сухих чистых флаконах мы взвешивали на технических весах добавки соли (мелкая «Экстра) от 0,1 грамма до 0,4 грамма, приливали во флакон 60 мл воды, закрывали крышкой и тщательно перемешивали до полного растворения соли, после чего измеряли УЭП. Результаты измерений занесены в таблицу 1. Таблица 1 – Зависимость УЭП воды от добавки соли Добавка соли к 60 мл воды, грамм УЭП, мСм/см 0,10 3,91 0,19 6,20 0,30 10,72 0,35 12,30 0,40 14,80 Из таблицы видно, что добавки соли к воде увеличивают УЭП, что можно также изобразить на графике (диаграмме) для наглядности. График строили на миллиметровой бумаге (Приложение 5) и в компьютере в программе Excel: 5 Таким же образом изучали и влияние на УЭП и растворённой соды пищевой – это вещество не только используется в домашнем хозяйстве, но и есть обычно в природной воде в растворённом состоянии. Таблица 2 – Зависимость УЭП воды от добавки соды Добавка соды к 60 мл воды, грамм УЭП, мСм/см 0,10 2,80 0,20 4,40 0,30 6,10 0,39 7,20 Из таблицы и графика видно, что добавки соды к воде дают меньшую элктропроводимость, чем добавки соли: Например, добавка 0,30 граммов соли к 60 мл воды даёт УЭП 10,72 миллиСименса/см, а такого же количества сода – только 6,10 миллиСименса/см. Это означает, что если брать растворы воды только с одним каким-то веществом, то можно предсказывать, какая будет УЭП при добавлении известной добавки вещества, или наоборот, по измеренной УЭП определить, сколько вещества в воде растворено. Но если брать воду природную, то точно это сделать нельзя, потому что в природной воде растворены разные вещества, с разной способностью изменять УЭП. Третье вещество – сахар – не давало при растворении сильного увеличения электрической проводимости воды. Мы подбирали на приборе подходящий диапазон, и обнаружили, что растворы сахара дают УЭП в диапазоне микроСименсов/см, а не миллиСименсов/см, то есть примерно в 1000 раз меньше, чем соль и сода. Таблица 3 – Зависимость УЭП воды от добавки сахара Добавка соды к 60 мл воды, грамм 0,10 0,20 0,30 0,41 УЭП, мкСм/см 8,4 10,1 8,8 9,9 6 На диаграмме это тоже видно: Такое разное поведение соли, соды и сахара связано с тем, что соль и сода в воде распадаются на ионы и именно движение ионов в растворе обеспечивает электропроводимость. Сахар же на ионы не распадается. 3.2 Измерение УЭП водопроводной воды В г. Бахчисарае поставка питьевой воды обеспечивается центральным водопроводом. Мы отобрали образцы питьевой воды из двух районов, а также пробу «ржавой» воды жёлтого цвета после ремонтных работ в сети водоснабжения. Как видно из таблицы 4, УЭП воды из разных районов г. Бахчисарая несколько отличается, а в «ржавой воде» гораздо больше, вероятно, из-за «добавки» солей железа из труб, которые повышают электропроводимость. Таблица 4 – УЭП водопроводной воды г. Бахчисарая Место отбора воды ул. Мира, квартира многоквартирного дома 6-й микрорайон, частный дом ул. Мира, квартира многоквартирного дома («ржавая вода») Дата отбора 29.02.2020г. 29.02.2020г. УЭП, мкСм/см 777 836 26.02.2020г. 1149 3.3 УЭП проб природной воды в районе Бахчисарайского водохранилища Важным элементом в обеспечении крымских потребителей водой, как для пищевых и бытовых нужд, так и для сельского хозяйства, являются водохранилища [3]. На окраине Бахчисарая в 1935 году было построено Бахчисарайское водохранилище. Его называют также Эгиз-Оба по названию двух рядом стоящих холмов (Эгиз Обалар, Холмы-близнецы на крымскотатарском языке). Вначале воду этого водохранилища использовали и для питьевых нужд, и для сельского хозяйства, но со временем из-за загрязнения питающей его реки Кача стали использовать только для полива [4]. 7 Мы отобрали пробы воды из района Бахчисарайского водохранилища, в трёх местах: из реки Кача, из самого водохранилища возле дамбы и из канала, по которому вода поступает из Качи в водохранилище (Приложения 2 и 3). Пробы отбирали в 3 флакона в каждом месте отбора и измеряли УЭП в тот же день (23.02.2020 г.) Результаты измерений представлены в Таблице 5. Таблица 5 – УЭП природной воды в районе Бахчисарайского водохранилища УЭП, мкСм/см Место отбора проба 1 проба 2 проба 3 среднее р. Кача 760 755 753 756 Водохранилище 457 480 483 473 Канал 606 657 676 646 Из таблицы 5 видно, что электропроводимость воды самого водохранилища ниже, чем питающего его канала и реки Кача. Это может быть связано с подпиткой его какими-то водами с малым содержанием солей, например, дождевой водой в осенне-зимний период. Но точно это пока неизвестно. Также видно, что по содержанию солей вода водохранилища даже лучше водопроводной воды г. Бахчисарая – электропроводимость ниже и солей содержится меньше. Однако загрязнение водохранилища другими веществами, кроме солей, может делать эту воду непригодной для водоснабжения города, это нужно дополнительно проверять другими способами. А вот для орошения растений в сельском хозяйстве эта вода очень даже хороша, так как не засоляет почву. В заключение нужно сказать, что все источники воды в Крыму требуют тщательного изучения и бережного отношения. Выводы из нашей работы: 1. Различные вещества, растворённые в воде, в разной степени влияют на её электропроводимость. 2. Измерение удельной электропроводимости служит простым способом приблизительно оценить содержание солей в образцах природной и водопроводной воды и позволяет быстро выявить загрязнение воды, например, ржавчиной. 3. УЭП образцов из реки Кача и Бахчисарайского водохранилища находится примерно на уровне водопроводной воды г. Бахчисарая. 8 4 Список информационных источников 1. Павлов И.Е. Вода – жизненно необходимый и дефицитный товар на примере Крыма / И.Е. Павлов, С.А. Павлова, К.Р. Магдеева, В.В. Ложкин // Sciences of Europe. – № 11 (11), 2017. – С. 3–5. 2. Иванютин Н.М. Изучение пригодности водных ресурсов юго-восточного Крыма для питьевых нужд / Н.М. Иванютин, С.В. Подовалова // Экология и строительство. – №2, 2018. – С. 4–10. 3. Салиев Э.И. Возможности использования ресурсов пресной воды для централизованного водоснабжения республики Крым / Э.И. Салиев, А.Е. Сушкова, З.С. Велиляева // Строительство и техногенная безопасность. – №2 (54), 2016. – С. 50–53. 4. Волосухин Я.В. Сейсмостойкость откосов плотины и дамбы Бахчисарайского водохранилища в Крыму // Международный научноисследовательский журнал. – № 1 (91), 2020. – С. 57–62. 9 Приложение 1 – Дистилляция воды в перегонном кубе и измерение УЭП 10 Приложение 2 – Карта отбора проб природной воды в районе Бахчисарайского водохранилища 11 Приложение 3 – Отбор проб воды в реке Кача, Бахчисарайском водохранилище и канале из Качи в Бахчисарайское водохранилище 12 Приложение 4 – Отобранные пробы природной воды в районе Бахчисарайского водохранилища 13 Приложение 5 – Диаграммы зависимости УЭП от добавок соли, соды и сахара 14
