Woda

Report
Zdjęcie 1. Odra podczas powodzi w 2010 roku widziana z Mostu Milenijnego we Wrocławiu.
Początkiem wszechrzeczy jest woda
Tales z Miletu
Cele projektu
W roku szkolnym 2011/2012 uczniowie Liceum
Ogólnokształcącego nr XV we Wrocławiu brali udział
w projekcie „Ekologia”. Naszym zadaniem, oprócz
zapoznania się z wiedzą teoretyczną, było pobranie
próbek z pobliskich cieków wodnych (rzeka Ślęza i jej
dopływy) i ich analiza. Przeprowadzane przez nas
badania pobranej wody dotyczyły jej składu
chemicznego, występowania w niej organizmów
oraz właściwości fizycznych. Szczegółowy opis
problemów badawczych, wyniki i wyciągnięte
wnioski znajdują się w dalszej części prezentacji.
Zdjęcie 2. Probówki.
Informacje ogólne
Woda, tlenek wodoru, oksydan, H2O, związek
tlenu i wodoru; woda w nieznacznym stopniu
ulega dysocjacji elektrolitycznej (autojonizacji):
2H2O
H3O+ + OH-. W czystej wodzie stężenia
jonów H3O+ i OH- są jednakowe — woda wykazuje
odczyn obojętny (pH = 7,0). Woda jest dobrym
rozpuszczalnikiem wielu substancji (zwłaszcza
polarnych), także katalizatorem wielu reakcji
chemicznych.
Tlenki metali, reagując z wodą, tworzą zasady,
tlenki niemetali — kwasy, niektóre metale łączą
się z nią (szczególnie energicznie litowce)
z
wydzieleniem
wodoru
i
powstaniem
wodorotlenków. Woda ma szerokie zastosowanie
w przemyśle; jest niezbędna do przebiegu wielu
procesów technologicznych (jako rozpuszczalnik,
substrat lub katalizator reakcji chemicznych);
stosowana do rozdzielania (np. flotacja)
i oczyszczania substancji (np. krystalizacja).
Rysunek ukazujący
wiązanie
kowalencyjne
spolaryzowane
w cząsteczce wody.
Rysunek 1.
Rysunek
przedstawiający
ładunek elektryczny
w cząsteczce wody.
Rysunek 2.
Problem badawczy
• Ile wynosi ph pobranych próbek wody?
• Jakie jest stężenie jonów NO2-, NO3-, PO43oraz NH4+ w Ślęzy i jej dopływach?
Zdjęcie 3. Żaba wodna.
Informacje ogólne
Woda jest najbardziej rozpowszechnionym
związkiem chemicznym w przyrodzie (hydrosfera)
i znajduje się w stałym obiegu; stanowi jeden
z podstawowych składników wszystkich żywych
organizmów; żywa komórka zawiera 75–85% wody.
Woda jest powszechnym rozpuszczalnikiem
związków
ustrojowych
i
niezbędnym
uzupełnieniem pokarmu wszystkich znanych
organizmów.
Woda uczestniczy w przebiegu większości reakcji
metabolicznych, stanowi środek transportu
wewnątrzustrojowego, np. produktów przemiany
materii, substancji odżywczych, hormonów,
enzymów; reguluje temperaturę. Życie powstało
w środowisku wodnym i nadal dla licznych zwierząt
i roślin stanowi ona jedyne środowisko życia.
Dla świata istot żywych bardzo ważne są: duża
wartość ciepła właściwego i ciepła krzepnięcia
wody oraz specyficzna zależność gęstości
od temperatury.
Problem badawczy
• Jaka jest zawartość tlenu w badanych ciekach
wodnych?
• Organizmy występujące w punktach poboru
i ich pobliżu.
Zdjęcie 4. Zapora i elektrownia wodna na rzece Kolorado w stanie Arizona.
Informacje ogólne
Woda, bezbarwna ciecz, w grubych warstwach
zielononiebieska, bez smaku i zapachu;
temperatura krzepnięcia 0°C, temperatura wrzenia
100°C; występuje w 3 stanach skupienia,
które współistnieją tylko w temperaturze 0,01°C
przy ciśnieniu 611,73 Pa. W czasie topnienia w 0°C
tylko część wiązań wodorowych zostaje zerwana
i w cieczy pozostają ugrupowania cząsteczek.
Ze wzrostem temperatury ulegają one dalszemu
rozpadowi i gęstość cieczy w anormalny sposób
rośnie, by w temp. 3,98°C osiągnąć wartość
maksymalną 0,99995 g/cm3; dalsze ogrzewanie
powoduje zmniejszanie gęstości normalnie
obserwowane u wszystkich cieczy. Energię
mechaniczną wód naturalnych przetwarza
się na inne rodzaje energii; parę wodną
wykorzystuje się do poruszania turbin parowych
i parowych silników tłokowych.
Problem badawczy
• Jaką barwę
miejscach?
ma
woda
w
badanych
• Przezroczystość wody w poszczególnych
punktach poboru.
• Ile wynosi przewodność
badanych próbek?
elektryczna
Zdjęcie 5. Mapa z zaznaczonymi punktami poboru wody.
Charakterystyka miejsc poboru wody
Przedmiotem naszych badań była rzeka Ślęza, która
jest lewobrzeżnym dopływem Odry. Rzeka ma swoje
źródło na Przedgórzu Sudeckim a jej długość wynosi
78,6 km. Oprócz poboru wody z głównego nurtu
rzeki pobraliśmy próbki z jej dopływów – Kasiny
(punkty poboru nr 4 i 8) oraz rowu melioracyjnego
(punkt nr 6). Na obszarze naszych badań Ślęza okala
Park Tysiąclecia co powoduje, że teren ten jest
atrakcyjnym i popularnym miejscem do wypoczynku
dla mieszkańców Nowego Dworu i Muchoboru.
Punkt poboru nr 1
Stan na dzień 7 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- –
• NO3- –
• PO43- –
• NH4+ –
0,1
0
0
0
Punkt poboru nr 1
Stan na dzień 16 maja
1) Odczyn wody – ph 7,5
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- – 0,1
• NO3- – 0
• PO43- – 0
• NH4+ – ≤0,05
3) Zawartość tlenu [mg/l] – 60
Punkt poboru nr 1
Stan na dzień 16 maja
4) Występujące organizmy – nartniki, żaby,
ślimaki (zatoczek rogowy), larwy komarów,
ważki (świtezianka błyszcząca)
Stan na dzień 22 maja
5)
6)
7)
8)
Temperatura [⁰C] – 19,4
Barwa wody – szarozielona
Przezroczystość [m] – 0,5
Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1118
Punkt poboru nr 2
Stan na dzień 7 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- –
• NO3- –
• PO43- –
• NH4+ –
0,1
0
0,5
≤0,05
Punkt poboru nr 2
Stan na dzień 16 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- – ≤0,02
• NO3- – 0
• PO43- – 0,5-1,2
• NH4+ – ≤0,05
3) Zawartość tlenu [mg/l] – 100
Punkt poboru nr 2
Stan na dzień 16 maja
4) Występujące organizmy – małże (gałeczka
rogowa), ślimaki (błotniarka), dżdżownice
Stan na dzień 22 maja
5)
6)
7)
8)
Temperatura [⁰C] – 19,4
Barwa wody – szarozielona
Przezroczystość [m] – 0,40
Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1116
Punkt poboru nr 3
Stan na dzień 7 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- –
• NO3- –
• PO43- –
• NH4+ –
0,1
0
0,5
0,2
Punkt poboru nr 3
Stan na dzień 16 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- – 0,1
• NO3- – 0
• PO43- – 0,5
• NH4+ – ≤0,05
3) Zawartość tlenu [mg/l] – 60
Punkt poboru nr 3
Stan na dzień 16 maja
4) Występujące organizmy – kijanki, nartniki,
ważki (świtezianka błyszcząca)
Stan na dzień 23 maja
5)
6)
7)
8)
Temperatura [⁰C] – 20,5
Barwa wody – zgniłozielona
Przezroczystość [m] – 0,52
Przewodność elektryczna [µS/cm] – 491
Punkt poboru nr 4
Stan na dzień 7 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- –
• NO3- –
• PO43- –
• NH4+ –
0,01
0
0-0,5
≤0,05
Punkt poboru nr 4
Stan na dzień 16 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- – ≤0,02
• NO3- – 0
• PO43- – 0,5
• NH4+ – ≤0,05
3) Zawartość tlenu [mg/l] – 75
Punkt poboru nr 4
Stan na dzień 16 maja
4) Występujące organizmy – pijawki, ślimaki
(zatoczek rogowy), larwy chruścików
Stan na dzień 23 maja
5) Temperatura [⁰C] – 20,4
6) Barwa wody – szarozielona
7) Przezroczystość [m] – nie można określić,
zbyt płytko
8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1124
Punkt poboru nr 5
Stan na dzień 7 maja
1) Odczyn wody – ph 7
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- –
• NO3- –
• PO43- –
• NH4+ –
0,1
0
0,5
≤0,05
Punkt poboru nr 5
Stan na dzień 16 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- – 0,3
• NO3- – 0
• PO43- – 0,5
• NH4+ – ≤0,05
3) Zawartość tlenu [mg/l] – 60
Punkt poboru nr 5
Stan na dzień 16 maja
4) Występujące organizmy – nie zanotowano
obecności
Stan na dzień 22 maja
5)
6)
7)
8)
Temperatura [⁰C] – 21,8
Barwa wody – zgniłozielona
Przezroczystość [m] – 0,30
Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1875
Punkt poboru nr 6
Stan na dzień 7 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- –
• NO3- –
• PO43- –
• NH4+ –
≤0,02
0
0
≤0,05
Punkt poboru nr 6
Stan na dzień 16 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- – 0,02
• NO3- – 0
• PO43- – 0
• NH4+ – ≤0,05
3) Zawartość tlenu [mg/l] – 75
Punkt poboru nr 6
Stan na dzień 16 maja
4) Występujące organizmy – nie zanotowano
obecności
Stan na dzień 22 maja
5) Temperatura [⁰C] – 20,3
6) Barwa wody – ciemnozielona
7) Przezroczystość [m] – nie można określić,
zbyt płytko
8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1015
Punkt poboru nr 7
Stan na dzień 7 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- –
• NO3- –
• PO43- –
• NH4+ –
0,02
0
0,5
0,05
Punkt poboru nr 7
Stan na dzień 19 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- – 0,02
• NO3- – 0
• PO43- – 0,5
• NH4+ – ≤0,05
3) Zawartość tlenu [mg/l] – 25
Punkt poboru nr 7
Stan na dzień 19 maja
4) Występujące organizmy – nie zanotowano
obecności
Stan na dzień 23 maja
5)
6)
7)
8)
Temperatura [⁰C] – 20,2
Barwa wody – zielonobrązowa
Przezroczystość [m] – 0,58
Przewodność elektryczna [µS/cm] – 516
Punkt poboru nr 8
Stan na dzień 7 maja
1) Odczyn wody – ph 6
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- –
• NO3- –
• PO43- –
• NH4+ –
0
0
0
0,05
Punkt poboru nr 8
Stan na dzień 19 maja
1) Odczyn wody – ph 8
2) Stężenie jonów [mg/l]:
• NO2- – 0,3
• NO3- – 0
• PO43- – 0,5
• NH4+ – ≤0,05
3) Zawartość tlenu [mg/l] – 100
Punkt poboru nr 8
Stan na dzień 19 maja
4) Występujące organizmy – wrotki, okrzemki,
pantofelki, jednokomórkowe zielenice
Stan na dzień 23 maja
5) Temperatura [⁰C] – 20,3
6) Barwa wody – brązowozielona
7) Przezroczystość [m] – nie można określić,
zbyt płytko
8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 992
Analiza wyników badań
Jakie jest pochodzenie i jakie skutki niesie ze sobą
występowanie w wodzie jonów?
Przyczynami obecności jonów amonowych może
być np. hodowla zwierząt i powodowane przez nią
zanieczyszczenie wody odchodami. Amon jest
przekształcany przez bakterie nitryfikacyjne
w procesie aerobowym w azotyny a te następnie
w azotany, które mogą też trafić do wody
bezpośrednio poprzez wykorzystywane do uprawy
roli nawozy sztuczne.
Azotany i fosforany (również uwalniane z nawozów)
przyczyniają się do zjawiska eutrofizacji. Eutrofizacja
to proces wzbogacania wody w substancje
odżywcze, powodujący nadmierny rozrost glonów
co prowadzi do zmian właściwości wody,
polegających na występowaniu intensywnego
zabarwienia i zapachu, mętności, wymierania
organizmów zwierzęcych (zwłaszcza ryb), dominacji
organizmów
beztlenowych
(saprobionty)
oraz gromadzenia się znacznej ilości mułów.
Wykres 1. Stężenie jonów NO2- w punktach poboru wody w dniu 7 maja.
Wykres 2. Stężenie jonów NO2- w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.
Wykres 3. Stężenie jonów PO43- w punktach poboru wody w dniu 7 maja.
Wykres 4. Stężenie jonów PO43- w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.
Wykres 5. Stężenie jonów NH4+ w punktach poboru wody w dniu 7 maja.
Wykres 6. Stężenie jonów NH4+ w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.
Analiza wyników badań
Jakie znaczenie ma zawarty w wodzie tlen?
Rozpuszczony w wodzie tlen jest niezbędny
do prawidłowego funkcjonowania organizmów
zamieszkujących środowisko wodne. Znaczne
zmniejszenie jego zawartości w wodzie (przyducha)
doprowadzić może do masowego wymierania
organizmów (m. in. śnięcie ryb). Tlen potrzebny jest
również bakteriom nitryfikacyjnym do opisywanego
już wcześniej przekształcania amonu na azotyny
i następnie na azotany.
Wykres 7. Stężenie tlenu w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.
Organizmy w punktach poboru
Znalezione organizmy świadczą o dość bogatej
florze i faunie występującej w badanych punktach.
Można tu napotkać zarówno płazy, mięczaki, owady,
organizmy jednokomórkowe jak i ryby (w głównym
nurcie Ślęzy żyją cierniki, ukleje, płocie itp.). Wały
porośnięte są gęstą roślinnością, w której dominują
trawy. Ponadto występujące w punkcie 4. larwy
chruścików świadczą o dobrej jakości wody w tym
konkretnym miejscu (larwy te występują wyłącznie
w czystej wodzie).
Tabela 1. Organizmy występujące w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.
Świtezianka błyszcząca – ważka napotkana
przy punkcie poboru nr 1 i 3.
Zdjęcie 6. Świtezianka błyszcząca.
Zatoczek rogowy to słodkowodny mięczak.
Występuje w punkcie poboru wody nr 1 i 4.
Zdjęcie 7. Zatoczek rogowy.
Analiza wyników badań
Na co wskazuje barwa wody?
Barwa to cecha fizyczna oceniająca wody,
wywołana głównie obecnością rozpuszczonych
w niej bądź zawieszonych barwnych związków
organicznych lub rzadziej związków mineralnych.
W badanych punktach woda ma przeważnie barwę
o odcieniach brązu i zieleni. Takie zabarwienie
wody może wskazywać obecność substancji
organicznych,
humusu
oraz
organizmów
unoszących się w toni wodnej (plankton).
O czym świadczy przezroczystość wody?
Przezroczystość, czyli cecha optyczna, rozumiana
jako zdolność przepuszczania promieni świetlnych
przez warstwę wody. Odczyt głębokości,
na której krążek Secchiego (przyrząd do pomiaru
przezroczystości) przestaje być widoczny, świadczy
o odległości na którą w głąb wody dociera światło
słoneczne. O stopniu przezroczystości decyduje
ilość występujących w wodzie cząsteczek
koloidalnych lub zawiesin.
Od czego zależy przewodność elektryczna wody?
Przewodność jest miarą zdolności wody
do
przewodzenia
prądu
elektrycznego.
Na przewodność wody wpływ ma obecność jonów
rozpuszczonych
nieorganicznych
związków
chemicznych, takich jak: aniony chlorkowe,
azotanowe, siarczanowe, fosforanowe (jony
obdarzone ładunkiem ujemnym) lub kationy sodu,
magnezu, wapnia, żelaza i glinu (jony o ładunku
dodatnim).
Przewodność
zależy
również
od temperatury - im cieplejsza woda, tym większa
przewodność.
Wykres 8. Przewodność elektryczna w punktach poboru wody w dniach 22-23 maja.
Wnioski
Na podstawie otrzymanych wyników i ich analiz
można śmiało stwierdzić, że woda w poszczególnych
punktach poboru spełnia wszystkie normy. Żaden
z badanych parametrów nie wykracza poza wartości
optymalne poza tym występuje tu również wiele
organizmów. Wszystkie te czynniki utwierdzają nas
w przekonaniu, że teren ten jest niezwykle
atrakcyjnym miejscem zarówno dla spacerowiczów
jak i wędkarzy.
Źródła
• PWN (2009). Multimedialna Encyklopedia
Powszechna PWN 2010. Warszawa: PWN
• WSiP (2009). Chemia w szkołach
ponadgimnazjalnych. Zakres podstawowy. CDROM dla uczniów. Warszawa: WSiP
• www.wikipedia.pl
• www.slownik.ekologia.pl
• www.epa.gov
• www.maps.google.pl
Spis zdjęć i rysunków
• Zdjęcie 1. Odra podczas powodzi w 2010 roku widziana z Mostu Milenijnego
we Wrocławiu. – zbiory własne
• Zdjęcie 2. Probówki. –
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Two_small_test_tubes_held_in_spring_clamps.jpg
• Zdjęcie 3. Żaba wodna. –
http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Teichfrosch.jpg&filetimestamp=20050
730225407
• Zdjęcie 4.
Zapora i elektrownia wodna na rzece Kolorado w stanie Arizona. –
http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Hoover_Dam_Nevada_Luftaufnahme.j
pg&filetimestamp=20081024203844
• Zdjęcie 5. Mapa z zaznaczonymi punktami poboru wody. – http://maps.google.pl
• Zdjęcie 6. Świtezianka błyszcząca. –
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pmc_20110611_5117_m.png
• Zdjęcie 7. Zatoczek rogowy. –
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wasserschnecke002.JPG
• Rysunek 1. – WSiP (2009). Chemia w szkołach ponadgimnazjalnych. Zakres
podstawowy. CD-ROM dla uczniów. Warszawa: WSiP
• Rysunek 2. – WSiP (2009). Chemia w szkołach ponadgimnazjalnych. Zakres
podstawowy. CD-ROM dla uczniów. Warszawa: WSiP
Spis wykresów i tabel
• Wykres 1.
Stężenie jonów NO2- w punktach poboru wody w dniu 7 maja. –
zbiory własne
• Wykres 2. Stężenie jonów NO2- w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. –
zbiory własne
• Wykres 3.
Stężenie jonów PO43- w punktach poboru wody w dniu 7 maja. –
zbiory własne
• Wykres 4. Stężenie jonów PO43- w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. –
zbiory własne
• Wykres 5.
Stężenie jonów NH4+ w punktach poboru wody w dniu 7 maja. –
zbiory własne
• Wykres 6. Stężenie jonów NH4+ w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. –
zbiory własne
• Wykres 7.
Stężenie tlenu w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. –
zbiory własne
• Wykres 8. Przewodność elektryczna w punktach poboru wody w dniach 22-23 maja. –
zbiory własne
• Tabela 1. Organizmy występujące w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. –
zbiory własne

similar documents