Научно-исследовательская работа по химии на тему Экологический анализ качества воды водоемов района Гольяново

Воды северных районов (болотистые) содержат органические формы железа — гуматы, обусловливающие их цветность. Содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/дм3, так как при большей концентрации у воды появляется неприятный «железистый» привкус. При большом содержании железа наблюдается массовое развитие железобактерий, вызывающее обрастание и закупорку труб. Концентрация железа выше 1 мг/дм3 губительна для рыб. Выбирая метод обезжелезивания, следует предварительно установить форму его содержания в воде. Для определения железа используют колориметрический метод. Он основан на образовании окрашенных комплексов железа с сульфосалициловой кислотой. В слабокислой среде (рН > 4) сульфосалициловая кислота взаимодействует только с ионами Fe3+, образуя комплекс красного цвета, устойчивый при рН = 4–8. В щелочной среде (рН = 8–11,5) сульфосалициловая кислота реагирует с ионами Fe3+ и Fe2+, образуя комплекс желтого цвета. Содержание Fe2+ находят по разности между суммарным содержанием двухвалентного и трехвалентного железа и содержанием трехвалентного железа в воде. Проводя анализ, учитывают, что железа в пробе должно быть 0,05–2 мг/дм3. Оптимальная концентрация 0,2–0,4 мг/дм3. Растворы комплексов железа с сульфосалициловой кислотой подчиняются закону Ламберта — Бера. Содержание железа находят методом сравнения оптической плотности исследуемого и стандартного растворов. При этом цветность воды не должна превышать 20 град. по платиново-кобальтовой шкале.
Определение иона Fe3+.
В мерную колбу на 50 мл приливают пипеткой 25 мл исследуемой воды, прибавляют 5 мл соляной кислоты и 15 мл сульфосалициловой кислоты. Доводят объем до 50 мл дистиллированной водой. В другую мерную колбу на 50 мл приливают 25 мл дистиллированной воды, те же объемы реактивов и отмеряют пипеткой такой объем стандартного раствора Fe3+, чтобы концентрация незначительно отличалась от его содержания в исследуемой воде (об этом можно судить по приблизительно одинаковой интенсивности окраски исследуемого и стандартного растворов). Через 10 мин определяют оптическую плотность стандартного и исследуемого растворов относительно дистиллированной воды на фотоколориметре. Вычисляют концентрацию иона Fe3+ в стандартном растворе, учитывая разбавление. Содержание Fe3+ (в мг/ дм3 ) рассчитывают по формуле
X(〖Fe〗^(3+) )=C_ст/D_2 ×D_1
где Сст — концентрация Fe3+ в стандартном растворе, мг/дм3 ;
D1 — оптическая плотность исследуемого раствора;
D2 — оптическая плотность стандартного раствора.
Для Гольяновского и Бабаевского прудов содержание железа в 2023 году не выявлено.
Определение ионов свинца
Свинец относится к числу распространенных токсикантов. Растворимые соединения свинца при поступлении в водоемы со сточными водами в основном содержатся в толще воды, а нерастворимые - во взвешенном состоянии. Они не полностью осаждаются в отстойниках и оседают на дно рек, при этом в бытовых сточных водах содержание свинца составляет в среднем 0,48 мг/дм3. Металлический привкус воде придает содержание металла в 2 мг/дм3. При концентрации элемента в питьевой воде 0,042-1,0 мг/дм3 наблюдаются случаи отравления. Свинец способен накапливаться растениями и почвой. Концентрация свинца 0,1 мг/дм3 тормозит биохимические процессы самоочищения водоемов, а 0,5 мг/дм3 угнетает нитрификацию сточных вод. Концентрация свинца 1 мг/дм3 губительно действует на аэробные бактерии. Из общего содержания свинца в сточных водах 50 % оседает в отстойниках, затрудняя сбраживание осадка. Токсическое действие на микрофлору сооружений биологической очистки оказывает концентрация синица в сточных водах 5 мг/дм3. В связи с чем исследования в данной области чрезвычайно актуальны.
Определение ионов свинца с помощью иодида калия KI .
Иодид калия KI, взаимодействуя со свинцовыми солями, дает желтый осадок иодида свинца, растворимый в горячей воде:
Pb(NO3)2 + 2KI = PbI2↓+ 2KNO3
Pb2+ + 2I- = PbI2↓
Реакцию проводят при рН = 3-5, в избытке иодида калия осадок иодида свинца (II) растворяется, образуя комплексное соединение K2[PbI4].
Иодид калия образует с ионами свинца (II) желтый осадок йодида свинца (II). Чувствительность данного метода составляет 0,1 мг в 5 мл раствора.
В пробирку налить 10 мл исследуемого образца воды, добавить 1 мл раствора иодида калия, а затем 2н раствор уксусной кислоты. Пробирку нагреть, затем охладить содержимое пробирки под струей холодной воды.
В исследуемой воде из Гольяновского пруда наблюдалось появление блестящих золотистых кристаллов иодида свинца (II), что связано с наличием металлических конструкций в бетонном каркасе водоёма.
В воде из Бабаевского пруда не наблюдалось появления золотистого осадка, что свидетельствует об отсутствии ионов свинца.
Определение ионов меди
Медь и ее соединения широко распространены в окружающей среде и поэтому их часто обнаруживают в природных водах. Концентрации меди в природных водах обычно составляют десятые доли мг/л, в питьевой воде могут увеличиваться за счет вымывания из материалов труб и арматуры. Свойства меди в воде зависят от значения рН воды, концентрации в ней карбонатов, хлоридов и сульфатов. Медь придает воде неприятный вяжущий привкус в низких концентрациях, что и лимитирует ее содержание в питьевой воде.
В природных водах медь может присутствовать в виде ионов Cu2+.
Многие из этих соединений чрезвычайно устойчивы, поэтому предварительная обработка пробы с целью разрушения всех комплексных соединений в большинстве случаев необходима. Предварительная обработка пробы азотной и серной кислотами освобождает ее от мешающих органических веществ. Мешающее влияние железа устраняется добавлением фторид-ионов.
Для определения меди, присутствующей в сточной воде в относительно больших концентрациях, рекомендуется титрометрический метод, определения ее в малых концентрациях – фотометрические методы.
Титрометрический или йодометрический метод определения больших количеств меди заключается в следующем.
После предварительного разложения комплексных соединений медь находится в растворе в виде двухвалентных катионов (Cu2+). Для связывания обычно присутствующего железа (Fe3+) рН раствора приводят к 3,5 – 4 и прибавляют гидрофторид аммония NH4HF2, затем вводят иодид калия, который, реагируя с ионами Cu2+, выделяет иод. Последний оттитровывают стандартным раствором тиосульфата натрия с крахмалом.
Отбирают 20 мл пробы (пробоподготовку выполнять не нужно). После этого прибавляют 0,5 г иодида калия и титруют из бюретки раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала до исчезновения синего окрашивания. Титрование необходимо выполнить 10 раз и рассчитать погрешность эксперимента (среднеквадратическое отклонение).
Содержание меди вычисляют по формуле:
X=(a×K×1,271×1000)/V , мг/л,
где а – объем раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование, мл; К – поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора тиосульфата натрия к точно 0,02 Н;
1,271 – число миллиграммов меди, эквивалентное 1 мл 0,02 Н раствора тиосульфата натрия;
V – объем анализируемой воды, мл.
Для Гольяновского и Бабаевского прудов содержание меди в 2023 году не выявлено.