Химический анализ дождевой воды
Исследовательская работа
Фирсов Артём Геннадьевич
11Б
Естественно-технический лицей
Саранск 2004
Введение
Дождевая
вода хорошо усваивается организмом и содержит минимальное количество вредных
примесей. Она способствует более качественному перевариванию и усвоению пищи.
Сохраняет влагу кожи и поддерживает ее в равновесии. Но все это относится к
чистой дождевой воде. В нынешних условиях состав дождевой воды зависит от того,
над какой территорией образовалось облако, насколько сильно загрязнена там
атмосфера. Например, соединения серы и азота, вступая в атмосфере в реакцию с
водой, превращаются в кислоты и выпадают на землю в виде так называемых
«кислотных» дождей. При современном экологическом неблагополучии почти каждый
дождь можно назвать «кислотным». Поэтому сейчас дождевую воду нельзя не только
пить, но даже мыть в ней голову и стирать белье.
Реакция
организма на кислотные дожди зависит от концентрации вредных примесей в
дождевой воде и времени ее воздействия. Реакции могут быть двух типов –
немедленные и отсроченные. К немедленным относятся покраснение кожи, зуд. К
отсроченным – выпадение волос, нарушение биохимических процессов.
В
связи с этой проблемой я решил изучить химический состав дождей, которые
выпадают в районе моего дома, и определить их влияние на организм человека.
Также целью моей работы является выявление причин изменения химического состава
дождевой воды.
1.
Экология в жизни человека.
Факторы,
влияющие на здоровье человека.
Кислотный
дождь – это дождь рН которого меньше 5. Кислотный характер дождю придает
множество химических соединений, но основными являются SO2, SO42- и NO.
Существует
тесная зависимость между уровнем смертности степенью загрязнения района. При
концентрации SO2 около 1 мг/м3, которая бывает зимой в Будапеште, возрастает
число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и
лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали,
что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального
вмешательства врача и распространенное среди детей, возникает по той же
причине. То же самое можно сказать и ранней смертности новорожденных в Европе и
Северной Америке, которая ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч.
Кроме
оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы
кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту. Степень их опасности
зависит от размеров. Так пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются
в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли серной кислоты или
частицы сульфатов могут проникать в самые дальние уголки легких.
Физиологические
исследования показали, что степень воздействия прямо пропорциональна
концентрации загрязняющих веществ. Однако существует пороговое значение, ниже
которого даже у самых чувствительных людей не обнаруживаются какие-либо
отклонения от нормы. Например, для двуокиси серы среднесуточная пороговая
концентрация для здоровых людей составляет приблизительно 400 мкг/м3.
На
защищенных территориях нормативы соответственно строже. В то же время
ожидается, что в будущем установят еще более низкие нормативные значения.
Однако опасная концентрация может оказаться еще ниже, если различные кислотные
загрязняющие вещества будут усиливать воздействие друг друга, т. е. проявится
синергизм. В Венгрии также установлена зависимость между загрязнением двуокисью
серы и различными заболеваниями дыхательных путей (грипп, ангина, бронхит и т.
д.). На отдельных загрязненных территориях Венгрии число заболеваний было в
несколько раз больше, чем на контрольных территориях.
Кроме
первичного прямого воздействия, естественно, на человека косвенно влияет и
закисление окружающей среды. В первую очередь оно ведет к коррозии и разрушению
металлов, зданий и памятников (особенно построенных из песчаника и известняка и
расположенных под открытым небом).
1.2.Отрицательное
влияние деятельности человека на окружающую среду.
В
результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные количества
соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди источников этих
соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях и на
электростанциях, который дает 70% антропогенных выбросов. Содержание серы
(несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В
процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в
золе в твердом состоянии.
Содержание
серы в неочищенной нефти также достаточно велико в зависимости от места
происхождения (0,1-2%). При сгорании нефтяных продуктов сернистого газа
образуется значительно меньше, чем при сгорании угля.
Источниками
образования двуокиси серы могут быть также отдельные отрасли промышленности,
главным образом металлургическая, а также предприятия по производству серной
кислоты и переработке нефти. На транспорте загрязнение соединениями серы
относительно незначительно, там, в первую очередь необходимо считаться с
оксидами азота.
Таким
образом, ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу попадает 60-70
млн. тонн серы в виде двуокиси серы. Сравнение естественных и антропогенных
выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет атмосферу
газообразными соединениями серы в два раза больше, чем это происходит в
природе.
К
тому же эти соединения концентрируются в районах с развитой промышленностью,
где антропогенные выбросы в несколько раз превышают естественные, т. е. главным
образом в Европе и Северной Америке.
Среди
антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоит
горение ископаемого топлива (Уголь, нефть, газ и т. д.). Во время горения в
результате возникновения высокой температуры находящиеся в воздухе азот и
кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида азота NO
пропорционально температуре горения. Кроме того, оксиды азота образуются в
результате горения имеющихся в топливе азотосодержащих веществ. Сжигая топливо,
человек ежегодно выбрасывает в воздух 12 млн. т. оксидов азота. Немного меньше
оксида азота (8 млн. т. в год) поступает от двигателей внутреннего сгорания.
Промышленность, выбрасывающая в воздух ежегодно 1 млн. т. оксида азота, не
представляет собой серьезного источника загрязнения по сравнению с отоплением и
транспортом. Таким образом, по крайней мере, 37% из почти 56 млн. т. ежегодных
выбросов оксида азота образуются из антропогенных источников. Этот процент,
однако, будет больше, если мы прибавим сюда продукты сжигания биомассы.
Следовательно, в целом количества естественных и искусственных выбросов
приблизительно одинаковы, однако последние, так же как и выбросы соединений
серы, сосредоточены на ограниченных территориях Земли.
1.3.
Способы защиты от кислотных дождей.
Наиболее
эффективным способом защиты следует считать значительное сокращение выбросов
двуокиси серы и окиси азота. Этого можно достичь несколькими методами, в том
числе путем сокращения использования энергии и создания электростанций, не
использующих минеральное топливо. Другие возможности уменьшения выброса загрязнений
в атмосферу – удаление серы из топлива с помощью фильтров и регулирование
процессов горения.
Лучше
всего было бы использовать топливо с низким содержанием серы. Однако таких
видов топлива очень мало. Удаление серы из мазута и угля – процесс очень
сложный и дорогой, а в результате удается освободить всего 30-50% серы.
Количество
оксида азота, который образуется при горении, зависит от температуры горения.
Выявлено, что чем меньше температура горения, тем меньше возникает оксида
азота, к тому же количество NO зависит от времени нахождения топлива в зоне
горения и от избытка воздуха. Таким образом, соответствующим изменением
технологии можно сократить количество выбрасываемого загрязняющего вещества.
2.
Дождевая вода – показатель загрязнения атмосферы.
В
ходе работы были исследованы 3 образца воды. Сбор каждого из них проводился в
районе дома №36 по улице Евсевьева г. Саранска (частная застройка) следующим
образом: на расстоянии от земли примерно 1 метр устанавливалась ёмкость, над
которой ничего не было (деревья, крыши домов и т. д.). Затем собранную воду
переливали в чистую посуду, отмечая дату сбора и направление ветра.
2.1.
Определение рН среды.
pH
определялся с помощью прибора «Ионометр универсальный ЭВ-74».
Дата сбора дождевой воды
рН
Направление ветра
3. 10. 2004
7
западное
5. 10. 2004
6.3
северо-западное
24.10.2004
6.6
северо-западное
2.2.Качественный
анализ дождевой воды.
Для
проведения качественных реакций на различные ионы отбирали некоторое количество
исследуемой дождевой воды, и, создавая нужные условия, добавляли необходимый
реактив.
При
добавлении к данному образцу раствора ВаСl2 в среде HCl наблюдали небольшое
помутнение раствора, что свидетельствует о малом содержании в исследуемом
растворе сульфат-ионов.
Наличие
ионов NO3-
определялось добавлением дифениламина (C6H5NHC6H5) в присутствии серной
кислоты. Раствор приобрел синий цвет, что говорит о присутствии нитрат-ионов.
Для
определения хлорид-ионов в исследуемом образце воды добавляли раствор AgNO3 в
среде азотной кислоты. Раствор слабо помутнел. Это показывает, что ионы хлора
содержаться в малом количестве.
Для
определения ионов ртути (Hg2+) добавляли раствор SnCl2. Наблюдали выпадение
белого осадка, что говорит о содержании ионов ртути в воде.
На
хром (VI) была проведена качественная реакция с тиосульфатом аммония
((NH4)2S2O3) в сернокислой среде. После растворения тиосульфата аммония был
добавлен дифенилкарбазид, раствор приобрел красно-коричневый цвет, что
свидетельствует о присутствии хромат-ионов.
Для
определения ионов железа (III) добавляли раствор тиоцианата аммония (NH4CNS) в
сернокислой среде. Раствор приобрел слабое кроваво-красное окрашивание, что
свидетельствует о присутствии в исследуемом образце воды ионов Fe3+.
Результаты
качественного анализа для всех трех образцов совпали.
2.3.
Сравнение результатов анализа с данными ГОСТа.
В
ходе сравнения результатов с данными ГОСТа для питьевой воды были сделаны
следующие заключения. pH соответствует норме (по ГОСТу – 6-9), содержание
SO42-, NO3-, Cl- и ионов железа также допустимо. Но недопустимым является
содержание ионов Hg2+ и ионов Cr6+. Ртуть поражает нервную систему, поэтому она
причислена к нейротропным ядам. Кроме того, этот опасный металл накапливается в
костях. Люди с хронической интоксикацией ртути страдают эмоциональной
неустойчивостью, неврастенией, вегето-сосудистой дистонией, неадекватным
поведением, страшными головными болями и ломотой в костях, 50% из них беззубые.
Как утверждают медики, такие больные выздоровлению не подлежат. У женщин велика
опасность выкидышей, преждевременных родов, появления слабоумных детей.
Токсическое
действие хрома на человека во всех случаях приводит к ухудшению показателей
обмена веществ. Соединения хрома вызывают местное раздражение кожи и слизистых,
приводящих к их изъязвлению, а при вдыхании аэрозолей – к прободению хрящевой
части носовой перегородки, поражению органов дыхания вплоть до развития
пневмосклероза. Общетоксическое действие соединений хрома сказывается в
поражении печени, почек, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой
системы. Независимо от пути введения соединений хрома в организм, в первую
очередь поражаются почки – сначала канальцевый аппарат, затем сосудистая сеть с
преимущественным поражением клубочков. Все соединения хрома, попадая в организм
человека, изменяют активность ферментов и угнетают тканевое дыхание. Аллергическое
действие этих соединений проявляется приступами, сходными с бронхиальной
астмой, и развитием кожной сенсибилизации, являющейся причиной “хромовых
экзем”. Имеются данные, свидетельствующие о более высокой заболеваемости и
смертности от рака органов дыхания и пищеварения среди работающих на хромовых
производствах.
Причиной
появления ионов ртути в дождевой воде скорее всего является то, что на территории
Саранского Электролампового завода (СЭЛЗ) находится ртутный цех (цех № 8),
который расположен в черте города. Не исключено, что и другие заводы производят
выбросы ртути.
Хромирование
различных деталей производится на многих заводах нашего города (в том числе и
на СЭЛЗе), отсюда можно сделать вывод, что и это является причиной попадания
ионов хрома в дождевую воду.
Также
нельзя упускать из вида тот факт, что при сборе осадков направление ветра было
либо западным, либо северо-западным и пары ртути могли быть принесены из других
городов.
ВЫВОД
В
ходе проведенной исследовательской работы были рассмотрены факторы окружающей
среды, отрицательно влияющие на организм человека, в частности влияние
кислотных дождей. Были проведены эксперименты по определению рН дождевой воды
(результаты которых соответствуют стандарту), а также по определению различных
ионов (содержание ионов ртути и хрома свидетельствует о некоторой степени
загрязненности дождевой воды). Итогом работы стали расширенные знания о
факторах окружающей среды, отрицательно влияющих на организм человека, в
частности о кислотных дождях (исследуемые дожди таковыми не оказались),
выявление недопустимого содержания ионов ртути в исследуемой дождевой воде,
собранной в районе дома №36 по улице Евсевьева города Саранска. Возможная
причина небольшого содержания различных ионов – расположение данного дома в
непромышленной части города. Присутствие ионов ртути – расположенный в черте
города ртутный цех СЭЛЗа, хрома – нахождение в черте города заводов,
использующих хром в своем производстве.
Список литературы
1.Хорват
Л., Кислотный дождь. М.: Стройиздат, 1990.
2.Барков
С. А., Ронжина Н. М., Качественный анализ. М.: Высшая школа, 1962.
3.Шапиро
С. А., Шапиро М. А., Аналитическая химия. М.: Высшая школа, 1963.
4.
Неймарк А.М. Основы химического анализа. М.: Просвещение, 1972.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://licey43.ru