Проект по химии "Жёсткость воды и способы её устранения"

С/п «Канабековская ООШ» МБОУ «СОШ№7»

Проект по химии

на тему «Жёсткость воды и способы её устранения».

Выполнил работу:

ученик 9класса

Арманшин Адик

Руководитель проекта:

учитель биологии и химии

Габсаитова Люция Ахнабовна

С.Канабеки

2022г.

Оглавление

Введение ……………………………………………..……………..…………..3

1. Теоретическая часть

1.1. Жесткость воды……………………………………………………………5

1.2. Виды жесткости воды……………………………………………………..5

1.3. Типы воды по жёсткости………………………………………………….5

1.4. Влияние жёсткости воды на организм человека, бытовую и промышленную технику……………………………………………………….6

2. Практическая часть.

2.1. Методы определения жесткости воды в домашних условиях………….8

2.2 Способы устранения жёсткости воды…………………………………..10

2.3 Результаты анализа на жёсткость проб воды села Канабеки…………..12

Заключение……………………………….………….….…….........................13

Список использованных источников……………………..……………….14

Введение.

Вода – одно из наиболее важных и распространенных химических соединений на нашей планете. Она покрывает 80% поверхности Земли и содержится во многих ее объектах: входит в состав горных пород и минералов, присутствует в почве и атмосфере, содержится во всех живых организмах. Вода входит в состав организма человека, всех растений и животных. Она играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Вода является уникальным веществом, определяющим возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Вода — ценнейший природный ресурс. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производствах. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей.

Здоровье человека и качество воды, которую он потребляет для обеспечения своей жизнедеятельности, связаны напрямую. Огромное количество исследований, проведённых учёными разных стран, доказывает, что существует прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни людей. По данным ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) почти 90% всех болезней человечества вызвано применением для различных бытовых нужд и питья именно некачественной воды. Недостаток необходимых элементов делает её бесполезной, а наличие вредных примесей и микроорганизмов опасной для здоровья. Тут необходим баланс. Поэтому повышение качества воды является актуальной проблемой современности. Качество воды является важным для человека, то своевременное выявление и устранение нарушений может предотвратить проблемы со здоровьем.

Одной из характеристик воды, заинтересовавших меня, является ее жесткость. Поэтому проблема моего исследования: для улучшения качества воды необходимо снизить ее жесткость.

Актуальность: ежедневно мы используем воду с самыми разными целями, но не химически чистую – дистиллированную, а природную воду, насыщенную разнообразными растворными веществами. Необходимо знать, какие соли и в каком количестве должна содержаться в природной воде при её использовании в быту и технике.

Проблема проекта: как правильно применять природную воду, содержащую растворённые в ней вещества.

Объектом исследовательского проекта стало явление жёсткости воды, её влияние на жизнедеятельность человека и возможные способы устранения.

Предметом исследования являются пробы природной воды (из водопроводной системы с.Канабеки.

Гипотеза: вода, которая используется в быту в селе Канабеки, жесткая, и негативно влияет на работу бытовых приборов и для здоровья.

Цель: выяснить, что такое жёсткость воды, жёсткая ли вода в нашей местности, какими способами её можно уменьшить и зачем.

Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать, какие вещества могут содержаться в природной воде и почему.

2. Узнать, что такое жёсткость воды, от чего она зависит, виды жёсткости.

3. Влияние жёсткости воды на работу бытовых приборов и промышленного оборудования.

4. Исследовать способы устранения жесткости воды.

Для решения данных задач использовались следующие методы научного познания: эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ.

1. Теоретическая часть. Вода, прежде чем, попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается через почву и насыщается в ней растворимыми солями.

1.1. Жесткость воды - совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния. Жесткость воды - один из критериев качества воды. В России для измерения жёсткости иногда использовалась концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм кальция или 12,16 миллиграмм магния. С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ. По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж.

1 °Ж = 1 мг-экв/л.

1.2. Виды жесткости воды

Общая жесткость - суммарная концентрация ионов магния, кальция. Сумма карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость - определена присутствием в воде гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния. Этот тип жесткости воды почти, что целиком устраняется при кипячении воды, и поэтому получил название временной жесткостью. При повышении температуры воды гидрокарбонаты распадаются, в результате образуется угольная кислота и выпадает в осадок карбонат кальция и гидроксид магния.

Некарбонатная жесткость.  Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость). 

1.3. Типы воды по жёсткости.

По уровню жесткости воду делят на 4 типа:

Мягкая вода (менее 2 миллиэквивалентов на литр);

Нормальная вода (от 2 до 4 миллиэквивалентов на литр);

Жесткая вода (от 4 до 6 миллиэквивалентов на литр);

Очень жесткая вода (6 и более миллиэквивалентов на литр).

1.4. Влияние жёсткости воды на организм человека, бытовую и промышленную технику.

В ходе выполнения работы выяснялся вопрос вреда, которые может быть нанесен использованием жесткой воды. Рассмотрим несколько аспектов.

1.4.1. Вред жесткой воды для здоровья человека.

Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.

При умывании жесткая вода сушит кожу. Это происходит из-за появления «мыльных шлаков» образованных из мыла, которое не способно мылиться и растворяться в жесткой воде. Эти мыльные шлаки закупоривают поры, не давая им свободно дышать, вследствие чего могут развиваться кожные воспаления, не давать покоя зуд и жжение кожи.

Образование тонкой корки на волосах разрушает естественную жировую пленку. Происходит это так же, как и на коже рук – мыльные шлаки» не вымываются и постепенной накапливаются. Это может вызвать зуд кожи головы, перхоть и даже выпадение волос.

4. Замедляется процесс приготовления пищи, из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.

1.4.2 Вред жесткой воды для коммуникаций

1. Соли жесткости так же, как и на бытовых приборах, выпадают в осадок или кристаллизуются, образуя на поверхности коммуникационных путей и крупных приборов и установок накипь. Накипь истончает стенки коммуникаций, впоследствии полностью разрушая их.

2. Обилие выпадающих в осадок или накипь солей жесткости, приводит к частым выходом из строя крупных водонагревательных установок, типа бойлеров.

3. В системах оборотного водоснабжения, образующиеся накипные отложения, водные камни и шлам из солей уменьшают проходимость труб, при этом падает теплоотдача. Падает напор воды, уменьшается количество воды в радиаторах, закупориваются входы и выходы воды из домов, что может привести к полному закупориванию коммуникационных сетей. Все это увеличивает энергозатраты.

1.4.3 Вред жесткой воды для техники и предметов быта

1. Мыльные средства из-за наличия большого количества солей в воде крайне плохо пенятся и отмывают загрязнения. Поэтому количество порошков, моющих средств для мытья посуды требуется, гораздо больше.

2.Кроме плохого вспенивания мыльных средств, из-за контакта жесткой воды с ними образуются разводы и твердый налет на сантехнике и поверхности посуды, так как выпадает солевой осадок. Такой налет тяжело отмывается с посуды, а так же негативно влияет на сантехнику, постепенно разрушая ее поверхности

3. В процессе нагревания воды в электроприборах соли не просто выпадают в осадок, а кристаллизуются и выпадают в виде накипи. Именно накипь является основной причиной быстрой поломки водонагревательных приборов.

4. Жесткая вода оставляет пятна, разводы и грязные налеты на свежевыстиранных вещах, цвет тускнеет. От них избавиться очень сложно и это, опять же, требует повышенных затрат моющих средств. Ткань, постиранная в жесткой воде, становится грубой и неэластичной, потому что соли забивают в ней все свободное пространство. Уменьшается прочность одежды и белья.

2.Практическая часть. В ходе выполнения проектной работы был проведен социологический опрос среди учащихся. В основном в быту используют водопроводную воду, 5человек написали, что используют колодезную воду.

Большинство учащихся знают, что такое жёсткая вода и используют бытовые фильтры и фильтры чайники . В школе для питья используем бутилированную воду.

2.1. Методы определения жесткости воды в домашних условиях.

Для исследования брались пробы воды из разных источников: водопроводная (артезианская), колодезная, родниковая, талая снеговая вода. Набор проб воды осуществлялся по всем правилам, предъявляемых данному процессу. Были взяты пробы воды: Водопроводная вода с.Канабеки. Родниковая вода.

Вода из колодца. Талая снеговая вода.

1. Самым простым и быстрым способом проверки, по мнению хозяек, является обычный чай. Достаточно заварить чай, дать ему время настояться и спустя несколько минут посмотреть на его оттенок. Если вода жесткая, он будет мутным и темным. В мягкой воде чай приобретает персиковый цвет. ]

2. Моющие средства тоже могут помочь узнать жесткость воды. Если мыло моментально пенится, то содержание солей в воде минимально. А вот если пенообразование затягивается, значит, стоит задуматься о качестве воды.

Мыло станет помощником в определении степени жесткости, если его покрошить в воду. Нерастворенные частицы будут свидетельствовать об избыточном содержании кальция и магния.

Вывод: в талой воде моющее средство пенится быстро, значит вода мягкая.

3.Определить жесткость воды можно с помощью марганцовки. Контактируя с солями жесткости, марганцовка приобретает желтый оттенок. Если желтого оттенка нет - вода не жесткая. В моём опыте сильных изменений окраски марганцовки я не получил.

2.2. Способы устранения жесткости воды.

2.2.1. Опыт №1. Метод кипячения.

Для избавления от временной жёсткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:

Ca(HCO3)2 = СаСО3↓+ СО2↑+ Н2О,

2Mg(HCO3)2 = Мg2(ОН)2СО3↓ +3СО2↑ + Н2О,

и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.

2.2.2. Опыт № 2.

Умягчить жёсткую воду можно и обработкой воды различными химическими веществами. Так, временную (карбонатную) жёсткость можно устранить добавлением гашеной извести:

При введении в воду гашёной извести в виде известкового молока гидрокарбонат кальция соли осаждаются в виде карбонатов:

Са(НСОз)2+Са(ОН)2 = 2СаСОз+ 2Н2О,

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = MgCО3 + СаСО3 + CO2 + 2H2О

MgCО3 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3,

Вывод: очень жёсткая вода – колодезная, наблюдаем сильное помутнение воды, чуть слабее жёсткость водопроводной воды, почти не изменилась талая снеговая вода, значит мягкая вода.

2.2.3. Опыт 3. Содовый метод.

В образцы родниковой, колодезной и речной воды, нагретые до 80 градусов, я добавил 1 чайную ложку пищевой соды Na2СO3. В двух стаканах, где была речная и талая вода, осталась светлой, вода практически не изменилась, так как более мягкая, а где была колодезная вода, помутнела.

MgS04 + Na2СОз = MgСОз↓ + Na2SO4

CaCl2+Na2CO3= СаСОз↓ + 2NaCl

После добавления в воду реагентов происходит образование коллоидных соединений СаСОз и Mg(OH)2, т.е. в то состояние, при котором они выпадают в осадок, занимает длительное время. Поэтому часто известково-содовый способ сочетают с термическим.

Вывод: содовый метод снижает жесткость воды. Считается, что если вода помутнела - вода жёсткая, если осталась светлой - мягкая.

2.2.4. Опыт № 4. Бариевый метод. Умягчение воды основано на введении в нее гидроксида бария и образовании практически нерастворимых соединений кальция и магния, а также сульфата бария. Химизм процесса описывается следующими уравнениями реакций:

CaSO4+ Ba(OH)2= Ca(OH)2↓ + BaSO4↓

(Аналогичные уравнения реакций можно записать и для солей магния).

Бариевый метод умягчения воды очень дорогой, а бариевые соли ядовиты, поэтому его целесообразно применять при частичном обессоливании воды за счет извлечения сульфатов.

В образцы воды добавлялся гидроксид бария. Мгновенно выпадал белый осадок. Отстаивались растворы достаточно быстро. Фильтровались хорошо.

Результаты: