Практичне та методичне забезпечення
ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 7
Тема: Вивчення якості питної води за фізико-хімічними показниками.
Мета роботи:вивчити і засвоїти методи і прилади контролю фізико- хімічних показників питної води суспільно-побутового призначення; провести дослідження показників якості води і оцінити їх відповідно до ГОСТ 2874-82
План самостійної підготовки до вивчення і виконання роботи
1. Вивчити теоретичний матеріал теми.
2. Дати письмові відповіді на питання контролю та самоконтролю.
3. Підготуватися до захисту роботи.
Теоретичні відомості
Вода - найбільш поширена речовина на Землі. Вона покриває приблизно 3/4 земної поверхні. В морях і океанах знаходиться майже 98% загальної кількості води. Запаси прісної води складають приблизно 2,5% всієї кількості води.
Вода входить в склад любої живої істоти. Так, тіло людини складається з води приблизно на 70...75 %, в крові людини знаходиться приблизно 80%, в мускулах – 35%, в кістяку – 25% води. Організми риб містять до 80% води, в овочах міститься 60...80% води. Без води не може прожити ні одна жива істота. Якщо організм людини губить 12% вологи від маси тіла, наступає смерть. Величезна кількість води необхідна для рослин. Так, одне велике дерево влітку бере із ґрунту і випаровує за добу 50...70 відер води.
Чиста вода представляє собою прозору рідину без смаку і запаху. В тонких шарах вона безкольорова, а в товстих має голубуватий відтінок. Вода – єдина сполука на планеті, яка в земних умовах температури і тиску може знаходитися в трьох агрегатних станах: в виді льоду, рідини і пари. Вода являється еталоном фізичних констант для всіх інших речовин. Так, температура танення льоду за нормального атмосферного тиску 760 мм. рт. ст. прийнята за нуль, а температура кипіння води за цим же тиском – за 1000С. Вода має найбільшу теплоємність порівняно з іншими рідинами і твердими речовинами. Теплоємність води прийнята за одиницю (теплоємність спирту 0,3; піску 0,2; заліза 0,1). Вода має дуже велику теплоту випаровування, великий поверхневий натяг, високу діелектричну проникність. Вода являється досить інертним розчинником багатьох органічних і неорганічних речовин. Вона широко використовується в техніці, як розчинник і реагент при багатьох хімічних процесах, для охолодження і інших цілей.
Питна вода – найважливіший фактор здоров’я людини. В крани міських квартир питна вода потрапляє з річок, водосховищ, озер, з підземних глибин. Найчистіша – підземна вода (особливо артезіанська). Але цієї води для великих міст не вистачає.
За даними ВООЗ, вода може містити до 13 тис. токсичних речовин, водою передається до 80% усіх захворювань, від яких у світі щорічно вмирає 25 млн. осіб. Вода містить велику кількість різних мінеральних і органічних домішок. Мінеральні домішки – це частини піску, глини, кварцу, інертного пилу, карбонатів металів, розчинені в воді солі, кислоти , луги. Органічні домішки – це нафта, нафтопродукти (гас, бензин, різні масла і ін.), продукти життєдіяльності живих організмів, продукти розкладу деревини, частинки торфу, вугілля, сланців і інші речовини.
Вода містить мікро- і макроелементи, гази, колоїдні частинки та живі мікроорганізми. Основні компоненти питної води – гідрокарбонатні та сульфатні солі кальцію, магнію і натрію. З мінералів у воді є кремній, фтор, стронцій, цинк, з мікроелементів – залізо і калій. Вміст цих речовин не повинен перевищувати ГДК (табл.16 , додаток).
Частки ґрунту і все, що може гнити, вносять в воду органічні сполуки. Щоб природна вода була придатна для вживання, вона проходить очищення та знезараження на водопровідних станціях. Способи очищення забруднених вод – це механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні та комплексні. Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення стічні води підлягають біологічному очищенню (мікроорганізмами), яке здійснюється в біофільтрах, в аеротенках, в біотенках. Після очищення у воді можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (вірус гепатиту, дизентерійні бактерії, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту). Знешкодити мікроорганізми, які залишились, можна наступними способами:
- термічним (воду скип’ятити);
- за допомогою сильних окисників (наприклад, хлору, озону,
марганцевокислого калію);
- впливом іонів благородних металів (срібла);
- фізичними методами ( за допомогою ультрафіолетових
променів або ультразвуку).
В Україні всі поверхневі, а в окремих районах і підземні води за рівнем забруднення не відповідають вимогам стандарту до джерел водопостачання. Питна вода – першопричина виникнення багатьох інфекційних захворювань, зокрема вірусного гепатиту В. Внаслідок хлорування в питній воді утворюються хлорорганічні сполуки, наприклад, вміст хлороформу перевищує в 1,5-2 рази за норму, рекомендовані ВООЗ. В питну воду потрапляють іони важких металів, сполуки фосфору і сірки, пестициди, нітрати, нітрити тощо. На сьогодні відомо близько 100 хвороб, які дарує нам питна вода.
Приблизно в 66% свердловин, з яких добувають питну воду, вода містить підвищену кількість заліза, марганцю, сірководню, сульфідів, сульфатів, хлоридів, карбонатів та інших домішок, що вимагає додаткового очищення цієї води. Артезіанська вода є умовно питною й може служити лише додатковим джерелом водопостачання.
Для поліпшення якості питної водопровідної води використовують фільтри, але лише деякі з них здатні зробити воду максимально безпечною. Універсальних фільтрів, здатних повністю очистити воду від усіх шкідливих домішок, просто не існує. І в той же час фільтри стали предметом першої необхідності.
Для характеристики якості питної води, придатності її для споживання велике значення мають такі фізичні показники як температура, органолептичні властивості, вміст різних домішок, мутність (або прозорість), забарвленість та такі хімічні показники як твердість (жорсткість), кислотність, вміст нітратів та нітритів.
Температура води. Температура природної води залежить від її походження. Вода підземних джерел відрізняється постійністю температури, причому із збільшенням води сезонні коливання температури зменшуються. Температура води відкритих водоймищ (річок, ставків, озер) значно змінюється, що пов'язано із нагріванням і охолодженням водоймищ. Крім сезонних змін, температура води в окремих місцях відкритих водоймищ можна змінюватись внаслідок протікання процесів гниття і надходження в водоймища підземних вод. Оптимальна температура води для питних потреб 7...11 0С. Така вода найбільш приємна на смак. Вода, температура якої перевищує 15 0С (при недостатньому вмісті газів), має неприємний смак, не вгамовує спрагу.
Органолептичні властивості води(запах, смак, присмак).
Запах і смак природної води залежить від температури, вмісту газів, які насичують воду, хімічного складу, домішок. По смаку вода може бути солоною, солодкою, кислою, гіркою. Гіркий смак обумовлений підвищеним вмістом сульфату магнію, солоний - хлориду натрію. Інші види смакових відчуттів називаються присмаками. Запах і присмак води може бути обумовлений також наявністю сірководню і деяких солей. Так, солі заліза і марганцю надають воді чорнильний і металічний присмак, сульфат кальцію - в'яжучий. Велику роль у формуванні запаху і присмаку природної води відіграє її органічний склад і наявність різних специфічних органічних сполук.
Важливим показником якості води являється мутність (або прозорість), яка залежить від вмісту глини, піску, мулу, органічних речовин. Мутність води визначається мутномірами. Суть методу заключається в порівнянні мутності досліджуваної води з еталонами, які приготовлені з каоліну. Для цього світло синьої лампи пропускають знизу вверх через плоске дно скляних циліндрів з водою (довжина 750 мм; діаметр 50 мм) при односторонньому боковому освітленні їх білим світлом лампою потужністю 300 Вт. Мутність виражається в мг/л.
Вміст плаваючих речовин в воді (тобто їх концентрація, виражена в мг/л) характеризується прозорістю. Прозорість представляє собою максимальну товщину шару води, яка налита в циліндр, через який можна прочитати стандартний типографський шрифт Снелліна або роздивитися хрест, накреслений чорними лініями товщиною 1 мм з 4 крапками між ними. В з’вязку з цим розрізняють прозорість за “шрифтом” і за “хрестом”. Прозорість води визначають в сантиметрах.
Забарвленість -це колір, який може мати природна вода. Тонкі шари чистої води не мають кольору, товсті мають блакитний відтінок. Інші відтінки свідчать про наявність у воді різних розчинених і плаваючих домішок. Наприклад, колоїдні сполуки заліза надають воді відтінки від жовтуватого до зеленого.
До хімічних показників якості води відносять кислотність (або лужність), вміст розчинених газів, заліза, хлоридів, сульфатів, солей твердості (жорсткості), азотвмісних речовин, а також її окисленість.
Кислотність (аболужність) Дуже важливим показником якості води являється її кислотність (або лужність), яка характеризується концентрацією іонів водню. При дисоціації води утворюються іони Н+ і ОН-: Н2О = Н+ + ОН-
Із курсу хімії відомо, що добуток концентрації іонів водню [Н+ ] і гідроксид-іонів [ОН- ] являється постійною величиною при постійній температурі (220 С) і чисельно дорівнює 10-14, тобто [Н+ ]· [ОН- ] = 10-14 моль/л. Концентрація іонів водню і гідроксид-іонів виражається в молях на літр (моль/л). Так як в нейтральному розчині концентрації іонів водню і гідроксид-іонів однакові, то [Н+ ] = [ОН- ] = 10-7 моль/л.
При [Н+ ] >10-7 розчини мають кислу реакцію, при [Н+ ] < 10-7 лужну . Концентрацію іонів водню виражають водневим показником, який позначається рН і представляє собою від'ємний десятковий логарифм [Н+ ], тобто рН = -lg[H+ ] = - lg[10-7 ] = -(-7) =+7; отже рН=7
Нейтральні розчини мають рН = 7, кислі - рН< 7, лужні -рН>7.
Кислотність (або лужність) води можна приблизно визначити за допомогою індикатору (барвника), який дозволяє візуально спостерігати за зміною концентрації іонів [Н+ ]. Таким індикатором являється лакмус. В воді, яка містить надлишок іонів [Н+], лакмус має червоне забарвлення; при надлишку іонів [ОН-] лакмус має синє забарвлення. рН води можна визначити за допомогою приладу, який називається рН - метром. Для визначення рН води широко використовується індикаторний універсальний папірець жовтого забарвлення із шкалою рН від 1 до 10. На шкалі рН приведений чіткий перехід забарвлень, починаючи від рН=1..... до рН=10.
Твердість (жорсткість) води. Вода містить розчинені солі кальцію та магнію, які обумовлюють її твердість. Розрізняють карбонатну, некарбонатну і загальну твердість води.
Карбонатна твердість води зумовлена наявністю в воді гідрокарбонатів кальцію і магнію - Са(НСО3 ) 2 і Mg(НСО3 )2. Ці солі при нагріванні вище 80...85 oС являються термічно нестійкими і розкладаються з виділенням диоксиду вуглецю і осадку карбонатів. Наприклад:
Са(НСО3 )2 t→ СаСО3 ↓ + СО2 ↑ + Н2 О
Карбонатну твердість води називають ще тимчасовою, оскільки її можна майже повністю усунути кип'ятінням.
Некарбонатна твердість води зумовлена наявністю кальцієвих і магнієвих солей сірчаної, соляної кислот, які при кип'ятінні не випадають в осад і залишаються в розчині. Така твердість води називається постійною.
Сума тимчасової і постійної дає загальну твердість води. Твердість води вимірюється міліграм-еквівалентами солей Са2+ і Mg2+ на літр (мг-екв/л). 1 мг-екв відповідає такому вмісту солей твердості, коли в 1 л води міститься 20,04 мг іонів Са2+ або 12,16 мг іонів Mg2+. За твердістю вода розрізняється на:
- дуже м’яку – містить до 1,5 мг-екв/л солей твердості
- м’яку - до 3,0 ----//----
- середньої твердості - до 4,5 ----//----
- досить тверду - до 6,5 ----//----
- тверду - до 11,0 ---//----
- дуже тверду - більше 11,0 ---//----
За ГОСТ 2674-82 твердість води для господарсько-питного водопостачання повинна бути не більше 7 мг-екв/л.
Практичне та методичне забезпечення
Для визначення фізико-хімічних показників води використовують ртутний термометр, широкогорлі конічні колби, установку для визначення прозорості води, метр, універсальний індикаторний папір, піпетку, мірний циліндр, індикатор метиловий оранжевий, 0,1 N розчин соляної кислоти; навчально-методичний посібник.
Порядок виконання роботи