«Шаңырақ» ауданындағы ауыз судың химиялық құрамы».
Алматы қаласы
Алатау ауданы
№26 жалпы білім беретін мектептің
9 сынып оқушысы. Молдаханов Есімжан
Жетекшісі: Қарашалова Данагүл Әріпжанқызы
Химия пәні мұғалімі.
1.Кіріспе
Су- әлемнің ең үлкен байлығы. Бірақ біздің планетамыздағы тұщы судың қоры санаулы ғана, барлық су ресустарының 3% ғана.Таза судың жетіспеушілігі жер шарының көптеген аудандарындағы өткір мәселелердің бірі болып отыр.Жердегі су ресустары жалпы алғанда, жер бетілік немесе континентальды сулар,Бүкіләлемдік мұхит сулары және жер астылық сулар болып үш топқа бөлінеді. Жер бетілік, не континентальды суларға-өзен, көл, жабық теңіздер, бетпақтар, атмосфералық жауын-шашын сулары, мұздықтар суы, Бүкіләлемдік мұхитқа мұхиттар мен оларға құятын теңіздер, ал жер астылық суларға топырақ ылғалдары, жер астылық грунт сулары жатады. 70 судың химиялық құрамы бір-біріне байланыссыз екі фактордың- тарихи-табиғи және геологиялық жағдайлар мен антропогендік фактордың әсерінен қалыптасады.Судың химиялық құрамының түрліше болуы себепті оларды минералдану дәрежесіне байланысты төмендегіше классификациялауға болады (1г/л):
Тұщы су---------------1 ге дейін
Тұздылау--------------1-25
Тұзды------------------26-50
Ащы-------------------->50
II.Негізгі бөлім.
Жердегі су үнемі қозғалыста болады.Табиғаттағы су айналымы гидросфераның барлық бөліктерін бір-бірімен байланыстырып,біртұтас жабық жүйе: мұхит-атмосфера-құрлықты түзеді.Ол гидросфераның түрлі бөліктерінің әртектілігіне байланысты өзгеретін су алмасу процесінің белсенділігін қамтамасыз етеді.Мұхиттағы су гидросферасының барлық массасының 97% құрайды және Жер планетасы бетінің ауданының 75% аса бөлігін алады. Биосфера тіршілігінде мұхиттың алатын орны ерекше: онда биосфераның химиялық тазаруы мен биомассасының өндірісін қамтамысыз ететін, толып жатқан химиялық реакциялар жүреді. Су кез-келген жануарлар мен өсімдіктердің тікендерімен клеткаларының құрамына кіреді. Жануарлар мен өсімдіктер организмдеріндегі өте күрделі реакциялар тек қана су қатынасында жүре алады. Жер планетасындағы климатта көп жағдайда суға және атмосферадағы су буларының мөлшеріне байланысты қалыптасады. Мұхиттардағы судың бес жүз метрлік қабаты ондағы планктонның сүзгіш аппараты арқылы 40 күн ішінде сүзіліп өтсе, бір жыл ішінде мұхиттағы бүкіл су планктон арқылы да-69 ұзарып отырды. Теңіз суындағы еріген тұздардың концентрациясы 3,5% болса, химиялық құрамы жағынан бұл тұздардың 99,9%- натрий, калий, хлор, бром, фтор, магний, кобальт, т.б. иондардың үлесіне тиеді.Биосферадағы үш сфераның-ауа, су, топырақ сфераларының арасындағы өзара қарым-қатынастарды, негізгі заты көмірқышқыл газы болып табылатын карбонаттық тепе-теңдік арқылы жақсы түсінуге болады. Мұхитта атмосфераға қарағанда көмірқышқыл газы 60 есе көп. Көмірқышқыл газы суық суда жақсы еритін болғандықтан мұхит тропиктерде оны атмосфераға насос тәрізді тартып алады, сондықтан да бұл аймақтарда оның қысымы оңтүстік пен солтүстік ендіктерге қарағанда жоғары болады.
Алатау ауданының дамуы Елбасы Н.Ә.Назарбаевтің ерекше бақылауында болғандықтан, ауданның жарқын болашағына тұрғындардың сенімі мол.
Қазір,тиісті қызмет орындары ауданның архитектуралық даму жоспарын дайындауда. Келешекте бұл ауданда мыңдаған тұрғындар тұратын заман талабына сай ғимараттар салынатын болады.
Жаңа аудан құрылуындағы негізгі мақсат-аудан халқының өздерін әсем Алматы қаласының тұрғындары ретінде сезілуіне толыққанды жағдай жасау.
* Алатау ауданының жер көлемі - 7564 гектар.
* ресми тіркелген тұрғындар саны- 161790 адам
* әлі тіркелмегендері – 30-35 мың адам.
«Шаңырақ 1-2», «Айгерім 1-2», «Көкқайнар», «Құрылысшы», «Түркістан», «Ақбұлақ», «Өжет», «Трудовик» осы елді мекендердегі судың құамына келетін болсақ, әрине,мұндай жер астынан шығып жатқан суда қандай катиондар мен аниондардың бар екенін білесіз. Ауыз суының құрамын білмеу көптеген кедергілерге әкеп соқтырады және адамның денсаулығына әсерін тигізеді,мысалы, ауыз суда кальций, магний иондары көп болса, су кермек су деп аталады. Ондай суда кір жақсы ашылмайды, тамақ тез піспейді. Сол сияқты қалқанша безінінің бірқалыпты жұмыс істеуі бұзылатыны белгілі. Кейбір улы иондар Pb2+ , Hg2+ және т.б ауыз суын тамаққа пайдалануға жарамсыз етеді. Ондай иондардың бар-жоқтығын анықтау қажет. Сондықтан асқа пайдаланатын судың құрамында кездесетін катиондар мен аниондардың бар-жоғын анықтау пайдалы жұмыс болып саналады. Біз ауыз судың құрамын зерттеп көруге тырыстық.
Бүгінгі күні адамзат алдында тұрған мәселелердің ішіндегі ең өзектілері :әлеументтік,экономикалық, азық-түлік және су мәселесі болып табылады. Су мәселесі тиімді шешілмей, басқа мәселелердің оң шешілуі мүмкін емес. Біздің өмірімізде су үлкен роль атқарады. Адамзаттың сусыз не істейтінін тіпті елестету мүмкін емес. Адамзат сусыз өмір сүре алмас еді.
Таза су түссіз және иіссіз сұйықтық. Судың қайнау температурасы 100 градус, ал қату температурасы 0 градус.
Су өте тұрақты зат. Ол тек 1000 градус маңында ғана сутек пен оттек бөле ыдырайды. Су химиялық активті қосылыстар қатарына жатады. Су көптеген заттарды ерітіп қана қоймай, олардың көпшілігінің молекулаларымен химиялық реакцияға түседі. Оның дәлелі ретінде еру процесі кезінде байқалатын мынандай құбылыстарды атауға болады:
-еру процесі кезінде жылудың бөлінуі немесе сіңірілуі;
-еру процесі кезінде жүйенің аз да болса кемуі;
-зат ерігенде ерітіндінің түсінің өзгеруі.
Судың адам өміріндегі маңызына келетін болсақ, сусыз тіршілік жоқ. Ересек адам 64%, ал бала 85% судан тұрады. Ағзаның әрбір клеткасына су керек. Судың көп мөлшері мида-81%, қанда және бездерде-73-80%, бұлшық етте-50-70%, сүйекте-22-34%, көздің шыны тәрізді денесінде-99%, бүйректе-82%, бауыр құрамында-69% - су бар. Егер адам қалыпты өмір сүрсе, өмірінің соңына қарай 25 т су ішеді екен.
ІІІ. Тәжірибелік бөлім
І катиондарды анықтау.
1.Сутек катионының концентрациясын (pH) табу. Пробиркадағы
5-6 мл ас суына 2-3 тамшы универсалды индикатор ерітіндісін тамызамыз. Индикатормен қоса берілетін түрлі-түсті шкаладағы әрбір түс әр түрлі pH мәніне сәйкес келеді. Енді ауыз суының сутектік көрсеткішін (pH) табамыз. Ол үшін индикатор тамызылғаннан кейінгі пробиркадағы сұйық түсті шкаладағы түстердің қайсысына сәйкес келетінін білу керек. Шкаладағы әрбір түстің тұсында сутектік көрсеткіштің мәні жазылған. Біздің тексеруімізде судың сутектік көрсеткіші pH-9 болды. Демек, ауыз суы әлсіз сілтілік қасиет білдіруге болады.
2.Аммоний катионын NH4 анықтау. 5-6 мл суына бірнеше тамшы NaOH ерітіндісін тамызамыз. Пробирка аузына қышқыл ерітіндісімен ылғалданған қызыл лакмус қағазын ұстаймыз да, пробиркадағы сұйықтықты қыздырамыз. Мынадай реакция жүруі тиіс:
NH4CL+NaOH=NaCl+NH3+H2O
3.Темірдің үш валентті катионын Fe³+ анықтау. 4-5 мл ауыз суына бірнеше тамшы HCl ерітіндісін, сосын 1-2 мл сары қанды тұз ерітіндісін табамыз. Егер үш валентті темір катионы бар болса, мынадай реакция жүреді:
4FeCl3+3K4[Fe(CN)6]=Fe4[Fe(CN)6]3+12KCl
Егер үш валентті темір катионы бар болса, ауыз суы бірден қара көк түске боялады, артынан қара көк тұнба түзіледі.
4.Магний катионын Mg²+ табу. Стакандағы 25-30 мл ауыз суына 3-4 мл NaOH ерітіндісін тамызамыз. Егер ас суында магний тұздары болса, мынадай реакция жүреді:
MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl
Түзілген магний гидрототығын сүзу арқылы бөліп аламыз. Сүзгіш қағаз арасындағы тұнбаны 2-3 мл дистильденген сумен жуамыз. Сосын тұнбаны сүзгіш қағазымен қоса пробиркаға салып,2-3 мл HCl ерітіндісін құямыз. Тұнба тұз қышқылында еріп кетеді, ал қағаздың керегі жоқ, оны алып тастаймыз. Пайда болған ерітіндіге аммиак иісі сезілгенше аммиак суын құямыз. Тағы да магний гидрототығы тұнбасы түзіледі. Сосын тұнба үстіне аммоний хлориді ерітіндісін құямыз. Тұнба еріп кетеді. Енді қоспаға бірнеше тамшы натрий гидрофосфатын (Na2HPO4) ерітіндісін тамызамыз. Егер магний катионы бар болса, лезде кристалды магний-аммоний фосфатының тұнбасы түзіледі:
MgCl2+NH4OH+Na2HPO4=MgNH4PO4+2NaCl+H2O
Түзілген тұнба күшті қышқылдарда және сірке қышқылында еріп кетсе, онда ол тұнба магний-аммоний фосфаты болғаны. Бұдан ауыз суында магний катионы бар деген қорытынды жасаймыз.
5.Барий катионын Ba²+ анықтау. 150 мл ауыз суын қашан 20-25 мл қалғанша қайнатып, буландырамыз. Түзілген тұнбаны тұндыру арқылы бөліп,сірке қышқылы ерітіндісінің бірнеше тамшысында ерітіміз. Алынған ерітіндіге сірке қышқылының артық мөлшерін жою үшін оған бірнеше тамшы NaOH ерітіндісін тамызамыз. Егер барий катионы бар болса, мынадай реакция жүреді:
BaCl2+K2CrO4=BaCrO4+2KCl
6. Кальций катионы Са²+ , анықтау. Егер ауыз суында барий катионы жоқ екені анықталса, кальций катионын табу үшін натрий оксолоты ерітіндісін пайдаланамыз. Натрий оксалаты ерітіндісін NaOH ерітіндісімен қымыздық қышқылы ерітінділерін бір-біріне араластырып алуға болады. Қымыздық қышқылы ерітіндісінің таза өзін кальций катионын анықтауға қолдануға болмайды, себебі, алмасу реакциясы жүргенде түзілген тұз қышқылы кальций оксалатын ерітіп жібереді.
Натрий оксалаты ерітіндісін даярлауда қымыздық қышқылы ерітіндісіне NaOH ерітіндісінен артық мөлшерде құю керек. Ауыз суындағы кальций катионын табу үшін оның 20-52 мл-іне бірнеше тамшы NaOH ерітіндісін құямыз да түзілген магний гидрототығы тұнбасын сүзіп бөліп алып тастаймыз. Сүзгіштен өткен ірітіндіге 10-15 мл натрий оксалаты ерітіндісінен бірнеше тамшы тамызамыз. Егер ауыз суында кальций катионы бар болса, ұсақ кристалды ақ тұнба түзіледі. Ол-кальций оксолаты (CaC2O4).
CaCl2+Na2Cr2O4=CaCr2O4+2NaCl
Егер ауыз суында кальций катионы аз болса, Ерітінді лайлануы мүмкін.
7.Мыс катионын Cu2+ анықтау. Стакандағы 20-25 ауыз суға бірнеше тамшы NaOH ерітінзісін тамызамыз. Түзілген тұнбаны тұндыру арқылы бөліп аламыз да, оған бірнеше тамшы аммиак суын құямыз. Егер тұнба құрамында мыс гидрототығы болса, онда ол аммиак суында еріп, мыс аммиакатының көк түсті ерітіндісі пайда болады. Реакция теңдеуі:
Cu(OH)2+4NH4OH=[Cu(NH3)4](OH)2+4H2O
8.Натрий катионын Na²+ анықтау. Натрий катионының ауыз суында бар жоғын оның қосылыстарының спирт шамы жалынын сары түске бояуынан байқаймыз. Бірақ ауыз суында болатын кальций тұздары жалынды күйген қызыл кірпіш түске бояп, сары жалынды байқатпай жіберуі мүмкін. Мұндай жағдайда ауыз суын кальций катионынан тазарту керек. Ол үшін 10-15 мл суды пробиркаға кұйып, қашан 2-3 мл қалғанша қайнатып, буландырамыз. Кальций катионы карбонат түрінде тұнбаға кетеді, ал қалған 2-3 мл ауыз суда натрий тұздары болады. Міне, енді осы суда натрий тұздарының бар-жоқтығын анықтау керек. Ол үшін кәдімгі электр плиткасының нихром сымын түзулеп алып, оның бір ұшын тазалау керек.Нихром сымының тазаланған жағын спирт шамы жалынына ұстап, содан кейін концентірлі тұз қышқылына батырамыз. Сымның ұшын тағы да қыздырып, концентірлі тұз қышқылына тағы да батырамыз. Сосын нихром сымының ұшын спирт шамы жалынына қашан ешқандай түс сезілмегенше ұстап, одан кейін зерттелуші ерітіндіге батырып, спирт шамы жалынына немесе темір тұтік аузынан шығып жатқан сутек жалынына ұстаймыз. Егер зерттелуші ауыз суында натрий тұздары болса, спирт шамы жалыны сары түске боялады.
9.Кальций катионын К+ анықтау. Ауыз суында кездесетін кальций катионын да натрий катионын анықтағандай тәсілмен айтамыз. Тек айырмашылығы мынада: жалынның түсінің өзгеруін көк шыны арқылы байқау керек, себебі, Натрий қосылыстарынан пайда болған сары жалын кальций қосылыстарының әсерінен байқалатын күлгін жалындв байқатпай жіберуі мүмкін. Сары түсті көк шыны жұтып, күлгін түсті өткізеді де, зерттелуші ерітіндіде калий катиондарының бар екендігіне көзімізді жеткізеді.
ІІ аниондарды анықтау.
Катиондарға жасалған тәжірбиеге сүйеніп, кейбір аниондардың ауыз суда бар-жоғын алдын-ала білуге болады. Мысалы, кальций катионы бар болса, РО4³̄, С2О4²̄ аниондарды жоқ деуге болады, себебі, кальций катиондары жоғарыдағы аниондармен кальций фосфаты Са(РО4)2 мен кальций оксалатын СаС2О4 түзіп, тұнбаға кеткен болар еді. Сондықтан аниондарды анықтау кезінде катиондарға жүргізілген тәжірбиеге сүйену керек.
10. SO4²̄ анықтау. 20-25 мл ауыз суды 8-10 мл қалғанша қайнатып буландырамыз. Қайнату кезінде түзілген тұнбаның қажеті жоқ, оны ерітіндіден сүзіп алып тастаймыз. Сүзгіштен өткен ерітіндіде SO4²̄ анионының бар-жоғын анықтаймыз. Ол үшін пробиркаға осы ерітіндіден 4-5 мл құйып, оның үстіне барий хлориді ерітіндісінен бірнеше тамшы тамызамыз. Екі жағдайда да тұнба ерімесе, онда ол тұнба барий сулфаты болғаны, демек бұдан суда SO4²̄ анионы бар деген қоытынды жасалады.
11. Нитрат-ионды NO3̄ нитрат иондарын дифениламиннің концентрлі күкірт қышқылындағы ерітіндісімен анықтайды. Бірақ нитрат-ион NO2̄ нитрат-ионды NO3̄ анықтауға кедергі жасайды, себебі ол дифеламинді тотықтырып, қара-көк қосылыс түзеді. Сондықтан NO2̄ анионын зерттелуші ас суынан тазарту керек. Ол үшін пробиркадағы 20-25 мл ауыз суды 4-5 мл мөлшердей қалғанша қайнатып буландырамыз. Қайнату кезінде түзілген тұнбаның қажеті жоқ, оны сүзіп, алып тастаймыз. Сүзгіштен өткен ерітіндіге қаныққан аммоний хлориді ерітіндісінен тамызамыз да, қоспаны 3-4 минут әлсіз спирт шамы жалынында қыздырамыз. Егер суда нитрат-ион болса, мынадай реакция жүреді:
KNO2+NH4Cl=KCl+NH4NO2
NH4NO2=N2+2H2O
Осы реакциялардың арқасында нитрат-ион NO2̄ анион ас суынан аластатылады. Енді NO3̄ анықтау үшін нитрат-ионды аластату кезінде қыздырылған ерітіндіге дифениламиннің концентрлі күкірт қышқылындағы ерітіндісінен бірнеше тамшы тамызамыз. Егер кара-көк тұнба түзілсе, ауыз суда нитрат-ион болғаны.
12. Тиосульфат-ион S2O3²̄ анықтау. Сыйымдылығы 100 мл колбаға 2 тесігі бар резина тығын туралап аламыз. Тығындағы тесіктің біреуіне тамызғыш воронка, ал екіншісіне пипетка қоямыз. Пипетканың ішінде аздаған мөлшерде күкірт қышқылы араласқан марганец қышқыл калий KMnO4 тұзы ерітіндісі бар. Тамызғыш воронкадағы 5-6 мл күкірт қышқылы ерітіндісінен колбадағы 50 мл ауыз суға тамшылатып құямыз.
Егер ауыз суда S2O3²̄ SO3²̄ аниондары болса, ол лайланды және пипетка ішіндегі 1-2 тамшы марганец қышқыл калий ерітіндісі реакция нәтежиесінде түзілген күкіртті газдың әсерінен түссізденеді. Аталған аниондар ауыз суда бар болса, мынадай реакциялар жүреді:
Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+H2S2O3
H2S2O3=S+H2O+SO2
Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2
3SO2+2KMnO4+2H2O=2MnO4+K2SO4+2H2SO4
Ауыз су түзілген күкірттің әсерінен лайланады, егер лай түзілмей, марганец қышқыл калий ерітіндісі түссізденсе, онда ауыз суда тек сульфат-ион SO3²̄ болғаны.
13. Хлорид-ионды (СI ̄) анықтау. Ауыз суында бромид-ион бар болып және S²̄ , SO²̄3 ,I ̄ иондары жоқ болған жағдайда хлорид-ионды былай анықтайды. Пробиркадағы 5-6 мл ауыз суына аздаған азот қышқылы ерітіндісі араласқан күміс нитраты ерітіндісінен тамызамыз. Егер күн сәулесі қараятын ірімшік тәрізді ақ тұнба түзілсе, ол аммоний гидрототығында еритін болса, онда ауыз суда хлор иондары бар болғаны. Түзілген ірімшік тәрізді тұнбаның күміс хлориді екеніне де көз жеткізуге болады. Ол үшін күн сәулесі әсерінен қарайған күміс хлориді бар пробиркаға бірнеше тамшы крахмал клейстірін тамызғанда көгерсе, онда түзілген тұнба күміс хлориді болғаны. Ауыз суда хлорид-иондар бар болса тәжірбиелер кезінде мынандай реакция жүреді:
NaCl+AgNO3=AgCl+NaNO3
2AgCl=2Ag+Cl2
AgCl+2NH4O[Ag(NH3)2]Cl+2H2O
Комплексті тұз [Ag(NH3)2]Cl ерітіндісіне азот қышқылын тамызғанда, қайтадан күміс хлориді бөлініп шығады.
[Ag(NH3)2]Cl+2HNO3=AgCl+2NH4NO3
Күн сәулесі әсерінен күміс хлоридінен қара қоңыр күміс тұнбасы азот қышқылында еріп кетеді.
ІІІ. Ауыз суға жасалған тәжірбиелерге сүйеніп, кейбір иондардың бар-жоқтығын дәлелдеу.
CrO4²̄ ; Cr2O7²̄ ; MnO4̄
1. Ауыз суда түссіз болса, CrO4²̄ ; Cr2O7²̄ ; MnO4̄ ы жоқ деуге болады, себебі бұл аниондар ерітіндіге әр түрлі түс береді.
2. Ауыз суда хлор ионы бар болса, онда Ag+ ; Pb²+ ; Hg²+ катиондары жоқ, өйткені хлор ионы бар болған жағдайда бұл катиондар хлор анионымен қосылып, суда ерімейтін хлоридтер түзеді.
3. Сол сияқты ауыз суда Са²+ ;Fe³+ катиодары , PO4³+ ; C2O4 ²+; S²̄ ; SO4²̄ аниондары бар болса, барий катионы Ва²+ жоқ деуге болады.
4. Гидрокарбонат-ион HCO3̄ бар болса, ауыз суды қайнатқанда, тұнба түзіледі және ол тұнба сіке қышқылында еріп, көмір қышқыл газын бөліп шығарады.
Қорытынды
Біздің жүргізген тәжірибиелеріміздің нәтижесінде ауыз судың құрамында
Nа+ ; K+; NH4+; Mg²+; Ca²+; Fe³+
SO4²‾; OH‾; Br‾; Cl‾; NO3‾; HCO3‾
Иондары бар екендігі, ал
Fe²+ ; Ba²+ ; Cu²+ ; Ag+ ; Pb²+ ; Hg²+; Al³+;
Cr2O4²‾ ; Cr 2O7²‾ ; S²‾ ; S2O3²‾ ; MnO4 ‾ ; CO3²‾ ; PO4²‾ ; I ‾.
Иондары жоқ екендігі анықталды. Сонымен бірге ауыз судың pH-9 екендігі де анықталып, ауыз судың әлсіз сілтілік қасиет білдіретіндігі анықталды.
Ауыз суымыз ермек суға жататынын, онда иод иондары жоқ екені анықталды. Сондықтан асқа иодталған ас тұзын пайдаланған жөн.
