Изучение химического состава снега

Электроды и термометр  тщательно ополаскивают дистиллированной водой, а затем исследуемой водой. Исследуемую воду наливают в стакан и измеряют рН. Через 3 и 5 мин. повторяют измерения. Последние два показания прибора должны быть одинаковыми, т.к. время установления потенциала чистоты электрода 2-3 мин.

Реактивы

1. Дистиллированная вода. Для боратных и фосфатных растворов следует использовать воду очищенную от СО2 или свежепрокипяченую.
2. Фталатный 0,5М буферный раствор КООС-С6Н4-СООН, рН 4,01 (25 С). 10,211г высушенного при 110 С бифталата калия растворяют в дистиллированной воде и доводят объем при 20 С до 1л.
3. Фосфатный буферный раствор КН2РО4 и Na2HPO4, рН 6,86 (25 С). 1,361г растворяют в мерной колбе на 1л и объем раствора доводят до метки.

Боратный 0,01М буферный раствор Na2B4O7*10H2O, рН 9,18 (25 С). 3,814г

4. тетрабората натрия, выдержанного несколько дней в эксикаторе над бромидом натрия, растворяют в дистиллированной воде и доводят объем раствора до 1л при 20 С.

Колориметрический метод

Принцип метода

Метод основан на изменении  окраски индикатора, добавленного к  исследуемой воде; полученную окраску исследуемой воды сравнивают со шкалой, состоящей из пробирок с растворами, имеющими определенные значения рН. Если окраска воды совпадает с окраской раствора одной из пробирок шкалы, то величина рН их одинаковая. Используют готовую колориметрическую шкалу, состоящую из ряда запаянных пробирок, содержащих буферные растворы с соответствующими индикаторами. Для приготовления шкалы используют следующий набор индикаторов: бромтимоловый синий – от 6 до 7,6 рН; крезоловый красный – от 7,6 до 8,2 рН; тимоловый синий – от 8,2 до 9,2 рН. Метод позволяет определить рН вод с точностью до 0,1 рН. Интервал измеряемых величин рН 6,0 – 9,2.

Ход определения

Пробирку ополаскивают 2-3 раза исследуемой водой и наполняют  до метки. Затем в пробирку добавляют  раствор индикатора, закрывают пробкой, перемешивают и сравнивают с окраской растворов шкалы. В случае точного совпадения тона окраски ее результат принимают за величину рН. Если окраска исследуемой воды соответствует промежуточному тону, то за результат берут среднее значение рН.

 

Глава 4

Обсуждение  результатов

 

Для химического исследования снежного покрова, нами был проведен отбор проб на следующих объектах: поселок Шлаковый, поселок Мирный, м-н. Кольное, пл. Ленина, пл. Театральная, ЦПКиО, м-н. Канищево, полученные в 2006г.

Для сравнения данных в работе приведены результаты анализов за 2003г.

Исследования проводились  по определению следующих параметров: рН, хлориды, сульфаты, некоторые металлы (хром, медь), а так же электропроводность.

Определение проводилось следующими методами: рН – определяли потенциометрическим методом, хлориды – с помощью меркуриметрии, остальные компоненты, выявлены фотометрическим методом на спектрофотометре DR-2000.

В отобранных пробах наблюдается  изменение концентрации ионов. Наибольшее содержание их отмечено в районе пл. Ленина (29,7мг/л), пл. Театральной (29,6мг/л). Наименьшее содержание ионов наблюдается в м-не. Канищево (18,4мг/л) в отобранных пробах.

Величина рН на данных объектах колеблется от 5,5 до 6,5. Наибольшее значение рН наблюдается в районах: пл. Ленина, пл. Театральная, ЦПКиО – 6,5. Наименьшее значение рН – м-н. Канищево (5,5).

Значение жесткости  на объектах колеблются от 0,1 до 0,4 ммоль/л. Наибольшее значение наблюдается в  м-не. Канищево (0,4ммоль/л), наименьшее –  пл. Ленина, м-н. Канищево (0,1ммоль/л).

Содержание хлоридов в снежном покрове на данных объектах: наибольшее – поселок Мирный (1,33мг/л), наименьшее значение – поселок Шлаковый, пл. Ленина, ЦПКиО (0,443мг/л).

Относительно содержания сульфатов на объектах, данные анализов показали, что наибольшее количество их обнаружено в районе пл. Ленина (13мг/л). Одинаковое значение в районах: поселка Шлаковый и поселок Мирный (9мг/л). А наименьшее значение сульфатов в снежном покрове м-на Канищево (5мг/л).

Определение содержания некоторых металлов (таких как – медь, хром), показало наличие их в снежном покрове во всех пробах.

Наибольшее значение меди в м-не. Канищево (0,85мг/л). Наименьшее – в м-не. Кальное (0,06мг/л).

Хром обнаружен во всех пробах в концентрации – 0,01мг/л.

 Для полученных результатов проведен сравнительный анализ по данным отбора снежного покрова на тех же объектах в 2002г.

Во всех пробах отмечается тенденция к увеличению общей  минерализации. В районе ЦПКиО в 2 раза, пл. Ленина, пл. Театральной, м-не. Канищево – в 1,5 раза.

Наблюдается возрастание  концентрации хлоридов в районах: поселок  Шлаковый, поселок Мирный и уменьшение концентрации в районах: м-н. Кольное, пл. Ленина, пл. Театральная.

Отмечена тенденция  к уменьшению концентрации сульфатов  в районах: поселка Шлаковый, поселка Мирный и м-на. Кальное. И только в районе пл. Ленина, концентрация сульфатов увеличилась в 1,6 раза. В остальных же районах не изменилась.

Что касается концентрации ионов металлов на данных объектах, то по сравнению с данными 2002г., концентрация меди в районах: поселка Шлаковый, поселка Мирный, пл. Ленина, пл. Театральная – уменьшалась в 2,5 раза. Но происходит увеличение концентрации меди в м-не. Канищево, почти в 10 раз.

Содержание хрома по сравнению с результатами анализа  в 2002г. возросло во всех исследуемых районах. Например, в 2002г. в м-не. Конищево хром не был обнаружен, тогда как по результатам исследований в 2006г., его концентрация на данном объекте составила 0,01мг/л.

Наибольший вклад в  минерализацию, по нашим данным, вносят в 2002г. – сульфаты и хлориды. Их процентное содержание составляет;

хлориды: м-н. Кальное  – 19%, пл. Ленина – 19%, пл. Театральная  – 5%, ЦПКиО – 21%, м-н. Канищево – 17%;

сульфаты: м-н. Кальное  – 53%, пл. Ленина – 42%, пл. Театральная  – 23%, ЦПКиО – 45%, м-н. Канищево – 57%.

В 2006г. процентное содержание хлоридов составило: поселок Шлаковый – 2%, поселок Мирный – 5%, м-н. Кальное  – 4%, пл. Ленина – 1%, пл. Театральная  – 3%, ЦПКиО – 2%, м-н. Канищево – 5%.

Содержание сульфатов  составило: поселок Шлаковый – 46%, поселок Мирный – 34%, м-н. Кальное – 38%, пл. Ленина – 44%, пл. Театральная – 20%, ЦПКиО – 23%, м-н. Канищево – 27%.

Как мы видим, из приведенных  данных, наблюдается тенденция к  понижению концентрации и хлоридов, и сульфатов в снежном покрове  на изучаемых объектах. Во всех пробах обнаружены катионы металлов, причем концентрация хрома повысилась по сравнению с данными 2002г., тогда как концентрация катионов меди снизилась за последние годы.

 

Результаты химического  исследования снежного покрова некоторых районов города Рязани

Таблица 1

Объекты	Время отбора	рН	Ж-ть моль/л	Cl мг/л	SO4 мг/л	Cu мг/л	электропроводность мСм/м мг/л
Поселок Шлаковый	2002 2006	6,3 6,0	1,6 0,3	0,04 0,443	12 9	0,16 0,07	39,2	19,6
Поселок Мирный	2002 2006	6,2 6,0	0,7 0,2	0,11 1,33	21 9	0,37 0,10	53,3	26,8
М-н. Кальное	2002 2006	5,75 6,5	0,2 0,4	3,545 0,886	10 8	0,11 0,06	25 42,4	18,85 21,0
Пл. Ленина	2002 2006	6,5 6,5	0,3 0,1	3,545 0,443	8 13	0,07 0,09	30 58,6	18,77 29,7
Пл. Театральная	2002 2006	6,5 6,5	1,0 0,2	1,418 0,886	7 6	0,27 0,07	59,0	30,12 29,6
ЦПКиО	2002 2006	6,0 6,5	0,15 0,3	2,8 4 0,443	6 6	0,02 0,10	29 52,4	13,10 26,1
М-н. Канищево	2002 2006	5,5 5,5	0,1 0,1	2,127 0,886	7 5	0,08 0,85	10 36,7	12,16 18,4

 

Выводы:

1.Во всех анализируемых пробах общая минерализация увеличивается.

2.Сохраняется в осадках  преобладание сульфатов, на долю  которых приходится от 20 до 46% от  общей суммы ионов.

3.Во всех пробах  обнаруживаются катионы металлов.

4.Содержание меди практически  на всех участках снизилось.

5.Хром обнаружен во  всех пробах, концентрация его  имеет тенденцию к увеличению.

химический  снег примесь загрязнение проба

 

Глава 5

Материал для  химического кружка

 

Изложенный в дипломной  работе материал может быть использован  в школьном курсе химии при подготовке и проведении интегрированных уроков (химия и биология, химия и экология) или в химическом кружке.

Исследование химического  состава снежного покрова можно  проводить на практических занятиях, на уроках экологии, так как снег является индикатором степени загрязнения атмосферы.

Цель работы:

• определить наличие в снеге соединений загрязняющего характера;
• найти взаимосвязь между продуктивностью растений и загрязнением среды;
• научиться проводить качественные реакции.

Оборудование: пробоотборники (пластмассовые бутылки со срезанным дном); лопатки; воронки; фильтры; весы; химическая посуда; спиртовка; реактивы (хлорид бария, ацетат свинца, марганцовокислый калий, нитрат серебра, щелочь, карбонат аммония, концентрированная кислота, сульфид натрия или калия, роданид калия).

Ход работы:

а) Выявление химических загрязнителей в снеге:

1. К 10мл. пробы добавить 1мл. хлорида бария. При наличии в пробе сульфат-ионов возникает помутнение.
2. К 10мл. пробы добавить слабый раствор марганцовокислого калия. При наличии сульфат-ионов розовый окрас исчезает.
3. К 10мл. пробы добавить ацетат свинца. При наличии в пробе хлорид-ионов выпадает осадок белого цвета.
4. К 10мл. пробы добавить сульфид натрия или калия. Зелено-бурый осадок говорит о присутствии ионов меди (II).
5. Прилить к 10мл. снеговой пробы карбонат аммония. При наличии ионов кальция появится помутнение, а при добавлении еще концентрированной кислоты начнется бурное выделение газа.

б) Определение кислотности.

Цель:

• определить кислотность снеговых выпадений;
• сравнить показатели кислотности в разных участках отбора проб.

Ход работы:

1. Отлить 10мл. снегового фильтрата в стакан.
2. Опустить в стакан индикаторную бумагу и определить кислотность фильтрата.

Определить рН пробы  можно также, используя колориметрическую  шкалу, состоящую из ряда запаянных пробирок, содержащих буферные растворы с соответствующими индикаторами, или бумажной шкалой, на которую нанесены соответствующие каждому значению рН цвета.

В химическом кружке можно  проводить все доступные анализы, если в школе имеются реактивы и соответствующие оборудование.

Жесткость

Вода, в которой растворены соли кальция и магния, обладает особым свойством – жесткостью. Жесткость, обусловленная содержанием  гидрокарбонатов кальция и магния, называется карбонатной. Ее находят  титрованием определенного объема воды раствором хлороводородной кислоты. Индикатором служит метилоранж. Жесткость, обусловленная присутствием в воде хлоридов, сульфатов и других солей кальция и магния (кроме гидрокарбонатов), называют некарбонатной. Общая жесткость воды представляет собой сумму карбонатной и некарбонатной жесткости. Ее можно определить титрованием спиртовым раствором нейтрального мыла (например, «детского»).

Определение карбонатной  жесткости.

Оборудование: мерный цилиндр (100мл), коническая колба (250 – 300мл), бюретка (25мл), реактивы (хлороводородная кислота 0,1н., индикатор – метилоранж – 0,02% раствора).

Ход работы:

Поместить в коническую колбу пробу снеговой воды объемом 100мл., добавить 2 – 3 капли раствора индикатора и титровать пробу  раствором хлороводородной кислоты до перехода желтой окраски в устойчивую оранжевую. Рассчитать карбонатную жесткость по формуле:

 

Жк=VHCl*C (мг-экв/л)

VH2O

 

где VHCl – объем хлороводородной кислоты, затраченный на титрование, мл;

С – концентрация хлороводородной  кислоты (мг-экв/л);

VH2O – объем пробы, взятой для анализа, л.

В работе химического  кружка можно также использовать все приведенные для интегрированного урока анализы (качественное определение  сульфатов, хлоридов, кальция, меди, кислотности).

 

Список литературы

 

1. Вредные вещества в промышленности, ч.III. химия: Ленинградское отделение, 1977г.
2. Детская энциклопедия, том 3.
3. В.А. Покровский. Гигиена, 1987г.
4. Э.Ю. Безуглая. Мониторинг состояния и загрязнения атмосферы в городах - Л.: Гидрометеоиздат, 1986г.
5. З.И. Жолдакова, Г.Н. Красовский.//ж. Гигиена и санитария. -1996-№6.
6. Воздействия на организацию человека опасных и вредных экологических факторов. Том 1. –Л.: Гидрометеоиздат, 1999г.
7. Л.Н. Евсикова. Государственный доклад об использовании природных ресурсов и состояния окружающей среды Рязанской области. Белая книга: 2002г.
8. А.В. Чаклин. География здоровья; М.: 1986г.
9. В.Н. Алексеев. Количественный анализ.- М.: Химия, 1972г.
10. В.И. Астауров. Основы химического анализа. – М.: Просвещение, 1977г.
11. Э.Ю. Безуглая, Г.П. Расторгуева, И.В. Смирнов. Чем дышит промышленный город? – Л.: Гидрометеоиздат, 1991г.
12. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV группы. Под ред. Филова В.А. Л.: Химия, 1989г.
13. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V-VIII группы. Под ред. Филова В.А. Л.: Химия,1989г.
14. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. Справочные материалы. Под ред. Гусевой Г.В. М.: Социально-экономический Союз, 2000г.
15. М.Т. Дмитриев, Н.И. Казнина, И.А. Пинигина. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. – М.: Химия, 1989г.
16. Е.Н. Дорохова, Е.Р. Николаева, Т.Н. Шеховцова. Аналитическая химия. – Изд. Московского университета, 1998г.
17. Т.В. Дядюн. Практикум «Мир воздуха».//ж Биология в школе. 2001г. №1
18. Н.Я. Логинов, А.Г. Воскресенский, Н.С. Солодкин. Аналитическая химия. – М.: Просвещение, 1975г.
19. Методические указания по определению химического состава осадков. – Л.: Ртп., ГГО, 1980г.
20. Е.Г. Нечаева, С.А, Макаров. Снежный покров как объект регионального мониторинга среды обитания.//ж. География и природные ресурсы. 1996г., №2.
21. Охрана окружающей среды. Учебное пособие для ВУЗов. Под ред. К.М. Владимирова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991г.
22. П. Ревелль, Ч. Ревелль. Среда нашего обитания. Книга вторая: Загрязнение воды и воздуха. – М.: Мир, 1995г.
23. Рекомендации по организации полевых исследований состояния малых водных объектов с участием детей и подростков. – М.: Переславль-Залеский, 2001г.
24. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979г.
25. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04. 186 – 189. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991г.
26. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Под ред. доктора хим. наук проф. Семенова А.Д. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977г.
27. Состояние и развитие наблюдений за химическим составом и кислотностью атмосферных осадков. – С-Пб.: 1991г.
28. Химия окружающей среды. Учебник для ВУЗов. Под ред. Цыганкова В.Д. – М.: Химия, 1992г.
29. Ю.А. Можайский, Т.М. Гусева. Тяжелые металлы в экосистемах водосборов малых рек. – М., Изд-во МГУ, 2001.-С. 7-31
30. А.Н. Харин, Н.А. Катаева. Курс химии: Учебное пособие для ВУЗов. – М., Высшая школа, 1975 г.
31. Хром: Совместное издание Программы ООН по окружающей среде, Международной организации труда и ВОЗ/ Пер. с англ. Н.Н. Заводенко. – М.: Медицина, 1991 г.
32. Методическое письмо. Состояние работ по мониторингу загрязнения атмосферного воздуха в 2003 году. Санкт-Петербург Гидрометеоиздат, 2004 г.