Химический анализ дождевой воды

Рефераты по биологии и химии » 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.