Назад

В начало статьи

теги:

вода водоемы биология экология исследование

Прозрачность. На прозрачность влияют взвешенные в воде различные вещества (в том числе и фитопланктон), температура и цвет воды. Как правило, прозрачность воды уменьшается после дождей и в периоды паводков. Чем ближе цвет приближается к голубому, тем прозрачнее вода, к желтому – прозрачность снижается, что наблюдается в водоемах с гумусовыми водами. Прозрачность уменьшается и с повышением температуры, поэтому зимой прозрачность выше, чем летом.

            Определяется прозрачность с помощью диска Секки. Для его изготовления из жести вырезается круг, диаметром 30 см. и окрашивается эмалью в белый цвет. Диск привязывается к шнуру таким образом, что бы при погружении он занимал горизонтальное положение. Диск Секки погружают в воду с теневой стороны лодки до тех пор, пока он не перестает быть виден. По разметке на шнуре определяют глубину его погружения, затем еще немного опускают и начинают подъем до его появления. Снова по шнуру определяют глубину. Среднее арифметическое этих двух полученных результатов является характеристикой прозрачности. Дать оценку качества воды по степени прозрачности можно используя таблицу 1. (см. раздел «Содержание кислорода»).

            Для определения прозрачности вторым способом потребуется градуированный цилиндр высотой 30 см. с плоским дном. Желательно в нижней части цилиндра иметь кран.

Прозрачность воды определяют путем чтения специального шрифта через столб воды, находящейся в цилиндре. Испытуемую воду хорошо взбалтывают, тот час же переливают в цилиндр и сливая воду из боковой трубки, находят предельную высоту столба воды, при которой чтение шрифта еще возможно. При отсутствии в цилиндре крана для слива, воду небольшими порциями подливают в цилиндр, до уровня, при котором не будет читаться текст. Но такой способ менее удобен.

            Определение производят в хорошо освещенном помещении, на расстоянии 1 м. от окна. Прозрачность выражают в сантиметрах высоты столба с точностью до 0.5 см.

            Следует упомянуть, что нельзя сопоставлять результаты исследований вод разных водоемов, прозрачность которых определялась разными методами.

            Цветность. Водоемы различаются по цветности, которая определяется содержанием в воде гуминовых органических кислот. Гуминовые кислоты образуются при неполном разложении в воде органических веществ. Цветность воды характеризует концентрацию органического вещества. Темноокрашенные водоемы получают свое питание из болот. Светлоокрашенные водоемы питаются подземными источниками, родниками, атмосферными осадками.

            Находящиеся в воде бактерии, в особенности некоторые виды водорослей, в период их усиленного размножения могут окрашивать воду от ярко – зеленого или красного до бурого цвета («цветение воды»). Окраска воды открытых водоемов может вызываться также поступающими в них сточными водами промышленных предприятий.

            Во всех случаях окраска воды в тот или иной цвет свидетельствует о загрязнении ее минеральными или органическими веществами и заставляет относится к воде с подозрением.

            Для определения цветности диск Секки опускается на глубину, равную половине глубины прозрачности и словесно описывается цвет воды.

            Существуют и другие, более трудоемкие, но вполне доступные способы определения цветности воды с использованием заранее приготовленной эталонной шкалы. (лит. 3, стр 181.)

            Минерализация. По содержанию в воде растворимых солей, воды подразделяются на три группы: с водой низкой минерализации (сумма ионов до 100 мг/л); с водой средней минерализации (100 – 500 мг/л); с водой повышенной минерализации (500 – 1000 мг/л). По степени минерализации можно судить об источниках пополнения водоема водой, т.к. вода, образующаяся за счет выпадения осадков имеет низкую степень минерализации, а вода родников – повышенное содержание минеральных веществ.

            К сожалению в условиях школы определить степень минерализации можно только у воды из тех источников, которые содержат довольно много солей.  Но при возможности работы с аналитическими весами этот недостаток полностью устраним.

            Для определения степени минерализации 250 – 500 мл. исследуемой воды фильтруют через беззольный фильтр и затем досуха выпаривают на водяной бане в небольшой фарфоровой чашке, которую до определения высушивают до постоянного веса в сушильном шкафу при температуре до 110 гр.С. в течении 1 часа. Массу сухого остатка находят по разнице массы чашки после выпаривания пробы и массы сухой чашки до начала опыта. Полученный результат перещитывают на 1 л. воды, и выражают в г/л.

            Жесткость. Наличие в воде катионов кальция и магния обуславливает жесткость воды.

Жесткая вода образует плотные слои накипи на внутренних стенках водонагревательных приборов; в ней плохо развариваются пищевые продукты; при стирке белья в жесткой воде расходуется много мыла. Не доказано, что жесткая вода вредна для здоровья. Описывались случаи желудочно-кишечных расстройств при резком переходе от жесткой воды к мягкой или наоборот, но эти явления носили временный характер и проходили по мере привыкания людей к более мягкой или более жесткой воде.

 Общая жесткость определяется  реакцией карбонатных и глинистых пород с растворенной углекислотой. Жесткость выражается в миллимолях количества вещества эквивалента этих ионов, содержащихся в одном литре воды. Один моль (экв. Mg²⁺) соответствует 12.6 мг; 1 ммоль (экв. Са²⁺)  - 20.04 мг. Различают следующие типы вод: очень мягкие менее или равно 1.5 ммоль (экв.)/л; мягкие  -1.5 – 3.0 ммоль (экв.)/л; среднежесткие – 3.0 – 4.5 ммоль (экв.)/л; довольно жесткие 4.5 – 6.5 ммоль (экв.)/л; жесткие – 6.5 – 11.0 ммоль (экв.)/л; очень жесткие – свыше 11.0 ммоль (экв.)/л. Так на северо-западе России воды относятся к мягким. Жесткость в них не превышает 3 ммоль/л.

Как известно жесткость бывает карбонатной и не карбонатной. Первую можно устранить кипячением, вторую только химическим способом или дистилляцией. Общая жесткость складывается из суммы этих двух жесткостей. Ее можно определить титрованием воды спиртовым раствором нейтрального мыла, например детского (метод осадительного титрования):

Ca²⁺ + 2C₁₇H₃₅COONa  =   (C₁₇H₃₅COO)₂Ca   +  2Na⁺

Конец реакции устанавливают по образованию устойчивой пены, появляющейся при встряхивании титруемой воды. Предварительно проводят анализ нескольких эталонных растворов, содержащих известное количество катионов кальция и железа.

Карбонатную жесткость определяют титрованием воды раствором соляной кислоты:

Ca(HCO₃)₂ + 2HCl  =  CaCl₂ + 2CO₂   + 2H₂O

В качестве индикатора используется метиловый оранжевый. Кислота берется в концентрации 0.1 М. Проба титруется до перехода желтой окраски в устойчивую оранжевую.

Карбонатная жесткость рассчитывается по формуле:

Ж_к = V_{HCL *} c_HCL / V_H2O  моль (экв.)/л,

Где   c_HCL  - концентрация титрованного раствора^* соляной кислоты; 

V_H2O – объем воды, взятый для анализа, л;

V_HCL – объем раствора соляной кислоты, затраченный на титрование.

^* Для установления истинной концентрации соляной кислоты ее титруют раствором карбоната натрия, приготовленного из высушенного при 150 гр. С. безводного карбоната натрия с использованием индикатора – метилового оранжевого. Для определения приближенной концентрации можно воспользоваться ареометром и таблицей для пересчета.

Кислотность. Концентрация ионов водорода определяет кислотность воды. Природные воды с рН от 3.4 до 6.95 относят к кислым, с рН от 6.95 до 7.3 к нейтральным и с рН от 7.3 до 10 к щелочным. В большинстве не загрязненных водоемах (кроме болот) рН определяется, в первую очередь, соотношением концентраций растворенных гидрокарбонатов и гуматов с одной стороны и углекислоты, с другой. Воды верховых болот из за высокого содержания гуминовых кислот имеют рН 4.5-5.5. Оптимальной для развития водных форм жизни считается рН 5.5 – 8.5. В питьевых и хозяйственно – бытовых водах рН обычно колеблется в пределах 6.0 – 8.5. ГОСТ 2874-54 нормирует для воды водопроводов, имеющих устройства для ее обработки (при осветлении или умягчении воды), рН в пределах 6.5 – 9.5.

В условиях школьной лаборатории рН проще всего определить с помощью универсальной индикаторной бумаги. Для этого с помощью пинцета бумажку кратковременно погружают в пробу воды и тут же сравнивают полученную окраску со шкалой, прилагаемой к набору. Данный способ позволяет определить рН с точностью до единицы.

Содержание органического вещества. В водоеме в результате жизнедеятельности водных организмов и растений и при распаде после их гибели образуется органическое вещество. Так же органическое вещество поступает с водосборной площади. Все изменения, происходящие далее с органическим веществом, связаны главным образом с жизнедеятельностью бактерий. Микроорганизмы, населяющие водоемы, превращают сложные органические вещества в более простые и в конечном итоге в минеральные. Выделяющаяся при этом энергия служит источником их существования и естественно в данном процессе потребляется растворенный в воде кислород, необходимый для окисления органических веществ, или для так называемого аэробного дыхания. Распад органического вещества в природных водах называется процессом минерализации. Он имеет большое значение для возврата в воду биогенных элементов.

Содержание органического вещества определяют по так называемой окисляемости воды, т.е. по количеству кислорода, необходимому для окисления содержащихся в воде органических соединений.

Принято считать, что окисляемость питьевой воды не должна превышать 2-3 мг кислорода на 1 л воды.

Окисляемость воды определяют титрованным раствором¹ марганцевокислого калия в кислой среде. Метод основан на том, что марганцевокислый калий в присутствии серной кислоты окисляет органические вещества, находящиеся в воде, переходя при этом в сернокислый марганец:

2KMnO₄ + 3H₂SO₄   =  2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5O.

            Остаток внесенного в пробу воды марганцевокислого калия восстанавливается щавелевой кислотой:

            2KMnO₄  +  5C₂O₄H₂ + 3H₂SO₄  =  K₂SO₄  +  2MnSO₄  +  10CO₂  + 8H₂O.

            По количеству щавелевой кислоты, пошедшей на восстановление остатка марганцевокислого калия, рассчитывают его количество, и определяют по разности с внесенным, какое количество марганцевокислого калия пошло на окисление органических веществ. Окисляемость воды выражают в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ в 1 л. воды.

            Для приготовления 0.01 N раствора марганцевокислого калия в 1 л дистиллированной воды растворяют 0.316 г. вещества².

            Для приготовления 0.01 N  раствора щавелевой кислоты на один литр дистиллированной воды необходимо взять 0.630 г. вещества. Навеску растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, подкисленной одним мл. раствора серной кислоты (1:3)³ и объем раствора доводят дистиллированной водой до 1 л.

            Для приготовления раствора серной кислоты (1:3) к 150 мл. дистиллированной воды прибавляют 50 мл концентрированной серной кислоты. Для окисления веществ, восстанавливающих марганцевокислый калий, которые обычно содержаться в серной кислоте, к полученному раствору по каплям прибавляют раствор марганцевокислого калия до получения устойчивой розовой окраски.

            Производство определения.

 В коническую колбу емкостью 250 мл. вносят пипеткой 100 мл. исследуемой воды, 5 мл. раствора серной кислоты (1:3), 3-4 стеклянных капилляра (для равномерного кипения) и из бюретки (желательно со стеклянным краном) добавляют точно 10 мл 0.01 N раствора марганцевокислого калия.

            Колбу накрывают часовым стеклом и нагревают на сильном огне до начала кипения, после чего, уменьшив нагрев, поддерживают кипение в течении точно 10 минут с момента его начала. Затем колбу снимают с нагревательного прибора, приливают к горячему раствору из бюретки точно 10 мл 0.01 N раствора щавелевой кислоты и перемешивают содержимое колбы кругообразным взбалтыванием. Обесцветившуюся жидкость титруют 0.01 N раствором марганцевокислого калия до устойчивого слабо розового окрашивания.

            По окончании кипячения содержимое колбы должно оставаться окрашенным в розово фиолетовый цвет.

            При содержании в воде большого количества органических веществ (если при кипячении содержимое колбы обесцветится или если при обратном титровании будет установлено, что количество не вошедшего в реакцию 0.01 N раствора марганцевокислого калия меньше 3 мл.) определение необходимо повторить, но уже с разбавленной пробой воды

            Результат определения вычисляют по формуле:

                  ((А₁ + А₂) – 10)_*0.08_*1000

        Х =                                                     мг./л.

                                  V

Где Х – окисляемость исследуемой воды, выраженная в мг. Кислорода на 1 л.; А₁ – число миллилитров 0.01 N раствора марганцевокислого калия, прибавленного до начала кипения;  А₂ – число миллилитров 0.01 N раствора марганцевокислого калия, пошедшее на обратное титрование; V – количество миллилитров воды, взятой для определения; 0.08 – количество миллиграммов кислорода, выделяемого в реакции 1 мл. 0.01 N раствора марганцевокислого калия.

¹Для определения титра раствора марганцевокислого калия его титруют щавелевой кислотой в кислой среде. В условиях школы, и для проведения сравнительного анализа воды из разных водоемов можно воспользоваться не титрованным раствором марганцевокислого калия, приготовленного растворением навески его в дистиллированной воде. При таком подходе точность определения будет составлять две значащие цифры. Следует помнить, что титр раствора марганцевокислого калия с течением времени изменяется.

²На технических весах отвешивают 3.16 г. препарата, полностью растворяют его в 1 л. воды. Из полученного раствора берут 100 мл., и смешивают его с 900 мл. дистиллированной воды. Для повышения точности этой же методикой пользуются и в других случаях, связанных с необходимостью приготовления растворов с малой концентрацией.

³Титр растворов щавелевой кислоты, содержащих серную кислоту, в течении длительного времени мало изменяется.

Читать дальше