Do nauczycieli przyrody!!!

Propozycje wykorzystania „Skrzynek Badacza”
Do nauczycieli przyrody!!!
Część I
Otrzymaliście Państwo „Skrzynki ekobadacza”, które dają możliwość
realizacji wielu ciekawych ćwiczeń i analiz, obserwacji a zarazem inspiracji
do nowych pytań, budzenia ciekawości poznawczej wobec otaczającej
rzeczywistości Naszych dzieci. .
Aby zaspokoić ciekawość uczniów w zakresie nauczania przyrody,
ekologii proponujemy zadanie, podczas którego uczniowie przeprowadzą
badanie wody wodociągowej w swojej szkole.
Sprawdzą czy trzeba stosować do wody środki zmiękczające, aby na
urządzeniach stosowanych w domu nie zbierał się biały osad tzw. kamień,
który wywołuje podgrzana twarda woda?
Zadanie nr 1
Dokonajcie oznaczenia twardości węglanowej w Waszej szkole
postępując zgodnie z instrukcją znajdującą się w walizce ekobadacza.
Twardość węglanowa: jest powiązana z pH wody i może się zmieniać.
Zadanie nr 2
Dokonajcie oznaczenia odczynu ph wody w Waszych kranach,
postępując zgodnie z instrukcją znajdującą się w „Skrzynce
ekobadacza.”
Można też przeprowadzić badania jakości wody opadowej (czy nie jest kwaśna?),
wody z pobliskiej rzeki lub strumienia (np. czy nadaje się do kąpieli), studni
przydomowej (czy nadaje się do podlewania roślin w ogrodzie?) i innych wód.
Wszystkie szkoły mogą podjąć się zrobienia po kilka badań
i będą nagrody dla wszystkich uczniów w zespole
(o maksymalnej licznie 3 uczniów), którzy wykonają zadanie
co najmniej 3-krotnie(np. w odstępie 1 tygodnia) powtórzą
badania i prześlą karty pracy ( załącznik nr2) na adres podany
niżej.
załącznik nr 2
Karta pracy
Grupa (imiona i nazwiska)
1. ........................................................................................................
2. ........................................................................................................
3. ........................................................................................................
Szkoła:
...................................................................................................................
Data przeprowadzenia badań
Godzina/y poboru prób,............
Miejsce/a poboru prób ……
Wyniki:………………………………………
PODCZAS PRACY ZACHOWAJ OSTROŻNOŚĆ !!!
Kartę pracy wypełnioną prześlij na adres:
Regionalne Centrum Rozwoju Edukacji
ul. Duboisa 36 45-057 Opole
z dopiskiem
„Skrzynka ekobadacza”
Będziecie mieli Swój udział w badaniach
Jaką wodę mamy na Naszym terenie!
Część II
O co chodzi z tą twardością wody czyli trochę chemii.
Twardość wody pojawia się nie tylko przy okazji reklam pralek i odkamieniaczy, ale
także w kontekście wody do gotowania i do spożycia. Twardość wody jest bardzo
ważna np.przy zakładaniu akwarium. Zatem twardość wody ma znaczenie nie tylko
dla akwarystów, ale też dla kucharzy.
Twardość wody - jest to cecha wody, będąca funkcją stężenia soli wapnia, magnezu.
Co to oznacza? Możemy mówić o dwóch wskaźnikach twardości wody: Najczęściej
używa się dwóch miar twardości wody: twardości ogólnej i węglanowej. Formalnie
twardość wody oznacza się poprzez stężenie wapnia i magnezu. Możemy mówić o
twardości ogólnej TwO oraz węglanowej TwW. Twardość wyraża się w różnych
jednostkach.
Ogólna twardość wody jest sumą twardości węglanowej i trwałej.
Nazwa „nietrwała” wynika z faktu, że węglany są nietrwałe i można się ich pozbyć
przez przegotowanie wody, natomiast chlorki, siarczany i azotany są trwałe i
pozostają również po przegotowaniu wody. Duża, nietrwała twardość wody stanowi
często poważny techniczny problem, gdyż w trakcie wielu procesów
technologicznych związanych z podgrzewaniem wody następuje osadzanie się tzw.
kamienia kotłowego. Niedogodności związane z tworzeniem kamienia na
urządzeniach rekompensują duże walory zdrowotne wody zawierającej jony wapnia i
magnezu. Liczne badania wykazały, że picie wody miękkiej powoduje problemy
zdrowotne w układzie krążenia (choroby serca) oraz w układzie pokarmowym
(rozpuszczanie śluzówki żołądka).
Jedyną zgodną z układem SI jednostką, w której powinno się wyrażać twardość jest
mol/l lub jednostki pochodne (np. mmol/ l ). W praktyce jednak możemy się spotkać
najczęściej z tzw. stopniem niemieckim (on). Jednostka ta odpowiada zawartości 10
mg tlenku wapnia w litrze wody.
TWARDOŚĆ OGÓLNA
woda
mgCaCO3/l
mmol/l
mval/l
o
Bardzo
miękka
0-85
0-0,89
0-1,78
0-5
Miękka
85-170
0,89-1,78
1,78-3,57
5-10
Średnio
twarda
170-340
1,78-3,57
3,57-7,13
10-20
Twarda
340-510
3,57-5,35
7,13-10,7
20-30
Bardzo
twarda
> 510
> 5.35
> 10,7
30
n (dh)
W przypadku, gdy twardość wody jest wyższa niż 10-12 stopni dh, woda kwalifikuje
się już do zmiękczania w celu ochrony instalacji wodnej oraz podłączonej do niej
armatury oraz sprzętu AGD (pralka, zmywarka). Zmiękczanie wody chroni elementy
instalacji przed osadzaniem się kamienia kotłowego.
Czy można bezpiecznie pić wodę z kranów?
Odczyn (pH)
Odczyn wód naturalnych waha się w granicach pH 4 - 9 i zależy od wielu czynników:
• zawartości węglanów, wodorowęglanów i dwutlenku węgla
• charakteru podłoża glebowego, które może zawierać związki o charakterze
kwaśnym lub zasadowym
• zanieczyszczeń ściekami
• opadów atmosferycznych, które mogą powodować wzrost ilości słabych i mocnych
kwasów w wodach.
Woda deszczowa ma odczyn kwasowy, spowodowany obecnością, nawet w czystej
atmosferze, dwutlenku węgla oraz kwasu węglowego. Istotny wpływ na odczyn pH
wody deszczowej mają wprowadzane do atmosfery, w wyniku spalania paliw, tlenki
siarki, węgla i azotu. Gazy te, reagując z wodą tworzą kwasy. Opady kwaśne
obejmują swym zasięgiem tereny uprzemysłowione, ale mogą także być
przenoszone przez wiatr na inne obszary.
Odczyn wody ma duże znaczenie dla organizmów żywych i przebiegu procesów
biochemicznych oraz przemysłowego użytkowania wody. W wodach zbyt kwaśnych
lub zbyt zasadowych zamiera życie .Kwaśny odczyn(ph>7) wody przyspiesza
wymywanie metali ciężkich z osadów dennych. Wody o odczynie kwaśnym mają
również podwyższone właściwości korozyjne.
Część III
Co możecie jeszcze zbadać korzystając ze środków dydaktycznych zawartych
w „Skrzynce ekobadacza”
Powodzenia!
W praktyce sanitarnej zakres badania wody ustala się w zależności od jej
przeznaczenia. Rozróżnia się trzy podstawowe zakresy badania wody: skrócony,
rozszerzony i pełny.
Dla rutynowej kontroli jakości wody do picia i potrzeb gospodarstwa domowego
wykonuje się badania skrócone.
Badania skrócone obejmują takie oznaczenia jak:
1) Temperatura
2) Mętność
3) Barwa
4) Zapach
5) odczyn(pH)
6) twardość
7) zasadowość
8) żelazo ogólne
W badaniach wody będą ujęte:
1) Temperatura
2) Mętność
3) Barwa
4) Zapach
5) odczyn(pH)
6) twardość
10) chlorki
12) azotany(III)
13) azotany(V)
15) siarkowodór
9) mangan
10) chlorki
11) amoniak
12) azotany(III)
13) azotany(V)
14) utlenialność
15) siarkowodór
Krótka charakterystyka wybranych wskaźników jakości wody
Temperatura
Temperatura wód naturalnych zależy przede wszystkim od:
• ich pochodzenia
• strefy klimatycznej
• pory roku
• od dopływu ścieków przemysłowych i miejskich
Temperatura wody ma duży wpływ na współistnienie organizmów wodnych oraz
przebieg procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących w
wodach. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie ilości rozpuszczonego tlenu,
zwiększenie biologicznego zapotrzebowania na tlen, przyspieszenie procesu
nitryfikacji oraz utleniania amoniaku do azotanów (III) i (V), co w efekcie prowadzi do
deficytu tlenowego w wodzie. Natomiast podwyższenie temperatury o 10 °C
powoduje blisko dwukrotne przyspieszenie reakcji chemicznych i biologicznych
zachodzących w wodzie. Podwyższona temperatura zwiększa również toksyczność
wielu substancji. Podwyższenie temperatury wód podziemnych może świadczyć o
kontakcie z zanieczyszczonymi wodami powierzchniowymi.
Dopuszczalna temperatura wód powierzchniowych w Polsce wynosi 22 °C dla klasy
czystości I oraz 24 °C. Dla klas III, IV i V wartości granicznej temperatury wód nie
wyznaczono w rozporządzeniu.
Mętność
Mętność jest to właściwość optyczna, polegająca na rozproszeniu i absorbowaniu
części widma promieniowania widzialnego przez cząstki stałe obecne w wodzie lub
ściekach. Mętność wody uwarunkowana jest obecnością nie rozpuszczonych w niej
cząstek pochodzenia nieorganicznego i organicznego, które rozpraszają i absorbują
promienie świetlne. Mętność mogą powodować wytrącające się:
• związki żelaza, manganu i glinu,
• kwasy humusowe,
• plankton,
• cząstki skał i gleb,
• osady denne,
• zawiesiny odprowadzane do wód ze ściekami.
Pomiar mętności daje ogólne pojęcie o stopniu zanieczyszczenia wody. Oznaczanie
mętności jest jednak niezbędne przy ocenie wody do picia oraz wody do celów
gospodarczych i przemysłowych. Mętność wody wpływa przede wszystkim na jej
wygląd i smak.
Wody mętne nie nadają się do picia i celów gospodarczych.
Barwa
Barwa jest właściwością optyczną polegającą na pochłanianiu części widma
promieniowania widzialnego przez substancje rozpuszczone, koloidalne oraz cząstki
zawiesin obecne w wodzie lub ściekach. Barwa wody może być spowodowana przez
wiele czynników takich jak:
• rodzaj roślinności i produkty jej rozkładu,
• związki humusowe,
• plankton,
• jony metali.
Przyczyną barwy wody może być również dopływ ścieków z zakładów
przemysłowych. Wody naturalne mają barwę żółtozieloną potocznie nazywaną barwą
naturalną. Barwa wód wypływających z terenów bagnistych, leśnych czy torfowisk,
bogatych w związki humusowe, jest żółtobrązowa.
Barwa wody nie ma większego znaczenia higienicznego, a jedynie informacyjne(o
potencjalnym zanieczyszczeniu organicznym.. Jednak inne odcienie barwy wody niż
żółtozielony, mogą świadczyć o jej zanieczyszczeniu. ściekami lub odpadami
przemysłowymi. Barwa szara wody, świadczy o jej świeżym zanieczyszczeniu
ściekami bytowymi
Zapach
Zapach wody jest powodowany obecnością w niej:
• produktów rozkładu ciał organicznych, mikroorganizmów i organizmów wodnych
• produktów rozkładu substancji nieorganicznych i organicznych wprowadzanych ze
ściekami
Zapach wody może świadczyć o jej zanieczyszczeniu, dlatego np. przemysł
spożywczy lub farmaceutyczny wymagają wody wolnej od zapachów.
Badanie zapachu wody może być przeprowadzone przez każdą osobę o przeciętnej
wrażliwości na zapachy.
Wśród zapachów wyróżniamy kilka grup podstawowych:
- roślinny (nadawany przez wydzieliny rosnących lub zasychających roślin – grupa
zapachów przyjemnych) oznaczany w analityce literą R;
- gnilny (nadawany wodzie przez rozkładające się części roślin i zwierząt, związki z
przemian beztlenowych itp. – grupa zapachów nieprzyjemnych) oznaczany w
analityce literą G;
- specyficzny (nadawany przez substancje rozpuszczone lub zawieszone w wodzie –
zdyspergowane – dla których znamy substancję go wywołującą, np. benzyna,
naftalina, kwas octowy, chlor itp.) oznaczany w analityce literą S.
Dla oceny ilościowej (intensywności zapachu) wykorzystujemy skalę pięciostopniową
1 – bardzo słabo wyczuwalny
2 – słabo wyczuwalny
3 – wyraźnie wyczuwalny
4 – silnie wyczuwalny
5 – bardzo silnie wyczuwalny
Brak zapach oznaczamy cyfrą 0
Przykładowe zapisy wyników analiz zapachu:
2R, 3R (siano); 1R (fiołki); 3G; 5G, 1S (chlor)
Twardość
Twardość wody jest jej właściwością wynikającą z obecności rozpuszczonych w niej
związków, głównie wapnia i magnezu. Pierwotnie twardość wody była definiowana
jako właściwość wody polegająca na zużywaniu pewnej ilości mydła bez wytwarzania
piany podczas wstrząsania próbki wody z mydłem. Wody twardej nie powinno się
używać w gospodarstwach domowych i przemyśle z następujących powodów:
• wzrasta zużycie mydła i środków piorących,
• przy częstym myciu powoduje podrażnienie skóry,
• powstaje kamień kotłowy, który utrudnia wymianę ciepła,
• wywołuje korozje w wymiennikach ciepła wskutek hydrolizy soli magnezu i wzrostu
stężenia jonów wodorowych.
Chlorki
Dobra rozpuszczalność soli kwasu solnego, zwanych chlorkami oraz ich powszechne
występowanie w przyrodzie powoduje, że jon chlorkowy występuje we wszystkich
wodach naturalnych. Niewielkie ilości jonów chlorkowych znajdują się w wodach
górskich i wodach opadowych. Chlorki mogą przenikać do wód naturalnych z:
• gleby,
• pokładów naturalnych soli,
• ze ściekami,• z odpadkami pochodzenia zwierzęcego.
Przy ocenie zawartości chlorków w wodzie istotne jest ustalenie ich pochodzenia, to
znaczy czy są one pochodzenia naturalnego, czy tez ich obecność jest wynikiem
zanieczyszczenia wody. W tym ostatnim przypadku jonom, chlorkowym towarzyszą
znaczne ilości związków azotowych. Słony smak wody zależy od rodzaju soli
występujących w wodzie. Smak ten jest spowodowany obecnością w wodzie chlorku
sodu.
Wysokie stężenie jonów chlorkowych zwiększa korozyjność wody. Stężenie chlorków
powyżej 250 mg/dm-3 jest szkodliwe dla roślin. Według wymagań sanitarnoepidemiologicznych, zawartość chlorków w wodzie do picia nie powinna przekraczać
250 mg/dm-3, jeżeli są to chlorki pochodzenia naturalnego. Chlorki innego
pochodzenia czynią wodę nieprzydatną do picia.
Azotany(III) i azotany(V)
Azotany(III) mogą być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego. Są one
produktem przejściowym w cyklu azotowym zachodzącym w wodach naturalnych.
Azotany(III) są nietrwałe i łatwo przechodzą w amoniak lub azotany(V). Wskazane
jest aby stężenie azotanów(III) w wodzie nie było większe niż l mg*dm -3.
Azotany(V) występują we wszystkich rodzajach wód. Azotany(V) do wód naturalnych
dostają się ze ścieków komunalnych i przemysłowych, z pól nawożonych nawozami
azotanowymi, a także z rozkładu organicznych związków azotowych. Azotany
występujące w wodach powierzchniowych przyspieszają eutrofizację, co powoduje
zmniejszenie wydajności procesów uzdatniania wody oraz pogarsza jej smak i
zapach.
Obecność w wodzie naturalnej amoniaku, przy braku azotanów(III) wskazuje na
świeże zanieczyszczenie wody ściekami zawierającymi azot.
Jeżeli w wodzie jednocześnie znajduje się amoniak i jony azotanowe(III) może to
świadczyć o zanieczyszczeniu istniejącym od pewnego czasu.
Natomiast obecność azotanów(V), przy braku amoniaku i azotanów(ni), świadczy o
tym, że zanieczyszczenie wody nastąpiło dawno i w tym czasie zaszedł proces
mineralizacji zanieczyszczeń wody.
Siarkowodór i siarczki
Siarkowodór i siarczki mogą być pochodzenia nieorganicznego i występować w
postaci rozpuszczonego siarkowodoru, rozpuszczalnych siarczków lub pochodzenia
organicznego jako wynik rozkładu biochemicznego białek roślinnych i zwierzęcych w
warunkach beztlenowych. Siarczki mogą również powstawać na skutek redukcji
siarczanów(VI) przez bakterie siarkowe.
Siarkowodór występujący w wodzie nawet w małych stężeniach nadaje wodzie
wyczuwalny, nieprzyjemny zapach. Obecność siarkowodoru w wodzie niekorzystnie
wpływa na jej smak i właściwości korozyjne. Woda przeznaczona do picia nie może
zawierać siarkowodoru, bez względu na jego pochodzenie organiczne czy też
nieorganiczne.
Oprócz badań fizykochemicznych do oceny jakości wód wykorzystywane są również
wskaźniki biologiczne. Przykładowe organizmy wodne występujące w wodach o
zróżnicowanej czystości podano w poniższej tabeli.
ZWIERZĘTA WODNE JAKO WSKAŹNIK CZYSTOŚCI WÓD powierzchniowych
(potoków, rzek, jezior, stawów itp.)
WODA DOBRA
wypławek biały, słoniczka pospolita, kiełż zdrojowy,
larwy jętek, larwy widelnic, odlepka ślimacza, pająk
topik
WODA PRZECIĘTNA
pijawka rybia, błotniarka stawowa, zatoczek rogowy,
groszkówka rzeczna, ośliczka pospolita, skójka
zaostrzona, pluskwiak nartnik,
WODA ZŁA
larwa muchówki, rurecznik pospolity, ochotka (larwa,
poczwarka, postać dorosła)
Do oceny jakości wody wykorzystuje się odpowiednie akty prawne. Dla stwierdzenia
przydatności wody do picia i na potrzeby sanitarne stosujemy odpowiednie
rozporządzenie Ministra Zdrowia (z 2007r. ze zmianami). Do oceny jakości wód
powierzchniowych i ich klasyfikacji do odpowiedniej klasy czystości (jednej z 5)
stosujemy rozporządzenie Ministra Środowiska (z 2011r.). Wody podziemne
oceniamy wykorzystując rozporządzenie Ministra Środowiska (z 2008r.).
Inne rodzaje wód mogą być oceniane z zastosowanie jeszcze innych rozporządzeń –
stosownie
piśmiennictwo
1. J. Minczewski,Z. Marczenko; Chemia analityczna; PWN
2. Podręcznik do ćwiczeń z technologii chemicznej. Praca zbiorowa Uniwersytet
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Warszawski,
M. Głowacki; Szkolny monitoring wód; Opolskie Centrum Edukacji Ekologicznej,
2001
M. Głowacki; Szkolny monitoring wód (wyd. II uzupełnione); Opolskie Centrum
Edukacji Ekologicznej, 2002
Hermanowicz W, Dożańska W., Dojlido J., Koziorowski B., Zerbe J., Fizycznochemiczne badania wody i ścieków, PWN W-wa 2010.
Dz. U. Nr 61, poz. 417 z późniejszymi zmianami. Rozporządzenia Ministra
Zdrowia z dnia 29 marca 2007 roku, w sprawie jakości wody przeznaczonej do
spożycia przez ludzi (ze zmianami).
Dz. U. Nr 257, poz 1545 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 listopada
2011 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód
powierzchniowych oraz środowiskowych norm jakości dla substancji
priorytetowych
Gomółka E., Szaynok A., Chemia wody i powietrza, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2004
9. Dojlido J., Chemia wód powierzchniowych, Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko,
Białystok, 1999.
10. Dojlido J., Zerbe J., Instrumentalne metody badania wody i ścieków, Arkady,
Warszawa, 1997.
11. Elbanowska H., Zerbe J., Siepak J.: Fizyczno-chemiczne badania wód, UAM,
Poznań 1999.
powodzenia!