Конференция учащихся муниципальных
образовательных учреждений города Калуги «Старт в науку»
Секция: Химия
Качественный анализ состава минеральных вод, продаваемых на территории
Калужской области
Автор работы:
Рыжова Валерия Евгеньевна, ученица 8 класса
МБОУ «Средняя общеобразовательная
школа №46» г. Калуга
Научный руководитель:
Громова Юлия Сергеевна, учитель химии
МБОУ «Средняя общеобразовательная
школа №46» г. Калуга
г. Калуга, 2014 г.
Содержание
Проведение аналитической работы. Анализ полученных данных.
Выводы
Рекомендации
Используемая литература
Приложения
Введение
Вода (H2O) – химическое соединение водорода с кислородом; оксид водорода. Чистая вода – бесцветная жидкость без запаха и вкуса. Вода – самое распространенное в природе вещество, на ее долю приходится около 71 % поверхности Земли. Вода – это важнейшее составляющее живого вещества, без которого жизнь невозможна. Она составляет около 75% общей массы тела человека, а химический состав крови человека очень близок к химическому составу морской воды, где первоначально развивалась жизнь[2].
Актуальность работы: В наше время ритм жизни большинства людей очень велик, и часто мы не обращаем должного внимания на свое здоровье, переутомление организма наступает незаметно и наносит нам неожиданный удар. Пополнить баланс жидкости и ионов в организме можно при употреблении минеральной воды, которая, наряду с жидкостью (водой) содержит все необходимые для нормальной работы организма ионы: катионы и анионы. Мне стало интересно, действительно ли все те минеральные воды, которые продаются у нас в городе, содержат тот состав ионов, который заявлен на их этикетках.
Цель исследования: Провести качественный анализ минеральных вод, продаваемых на территории Калужской области на соответствие написанного на этикетке этих вод реальности.
Гипотеза: Возможно, что не все минеральные воды, купленные нами на территории Калуги, действительно имеют ионный состав, отраженный на их этикетке и не содержат посторонних примесей.
Методы исследования: качественный анализ (качественные реакции на анионы и катионы).
Практическая значимость: Полученные результаты помогут разобраться, соответствует ли указанные данные о минеральной воде на этикетке действительности.
Основная часть
Значение состава минеральных вод для жизнедеятельности организма
Когда организм получает сильную нагрузку, он в больших количествах теряет жидкость. Обезвоживание - стресс для организма. Оно приводит к таким последствиям как: быстрая утомляемость; головные боли; тошнота; потеря концентрации жизненно необходимых электролитов; увеличение риска получения теплового удара; отсутствие способности к продолжительной физической нагрузке; изменение водного баланса в организме; перегрузка сердечной мышцы; нарушение процесса выработки энергии в мышечной ткани и т.д.
При обезвоживании в организме включаются защитные механизмы, препятствующие выводу натрия (почечные выделения), а также уменьшающие потоотделение (при этом повышается температура тела, происходит сгущение крови и учащение сердцебиения). Это может привести к сосудистой недостаточности и тепловому удару. Пот, испаряющийся с поверхности кожи, содержит большое количество электролитов (Na+, Mg2+, K+, Ca2+), и при нагрузках организм теряет часть их.
Обычная вода не подходит для восполнения утраченных электролитов. Она притупляет чувство жажды, но не восполняет организм потерянными веществами, поэтому необходимо пить воду, содержащую в достаточном количестве минералы и соли. Обязательно необходимо обратить внимание на то, минеральная ли это вода или обычная питьевая.
Вода очищенная – вода, доведенная до содержания в ней количества примесей, не превышающего естественного фона или допустимой величины (ПДК).
Вода питьевая – вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения.
Воды минерализованные – 1)воды, содержащие в заметном количестве минеральные вещества; 2) природные воды, содержащие соли, растворенные газы, органические вещества в количествах более 1 г/л.
Чаще всего минеральные воды бывают подземного происхождения, нередко обладают повышенными температурой и радиоактивностью.
Минерализация – это процесс постепенного накопления солей в водах.
Различают воды (по количеству растворимых солей):
Слабоминерализованные (0,5 – 5 г/л);
Среднеминерализованные (5 – 30 г/л);
Сильноминерализованные (более 30 г/л)[2].
Существует и другая классификация минеральных вод:
Столовые минеральные воды (минерализация до 1 г/л);
Лечебно-столовые минеральные воды (минерализация от 1г/л до 5 г/л);
Лечебные минеральные воды (не менее 5г/л). Эти воды можно употреблять только после консультации с врачом. Неограниченное употребление вод с большой минерализацией приводит к нарушению солевого баланса в организме.
Лечебно-столовые минеральные воды содержат тот же состав веществ, который присутствует в организме человека, и их целебное действие заключается в восполнении нарушенного солевого баланса. Минеральные лечебно-столовые воды действуют на все гормональные системы и на нервную систему.
Таблица 1 [1]
Некоторые виды минеральных вод и их состав
Наименование воды (насыщенность CO2) Тип
Минерализация, мг/л
Общая жесткость,
мг-экв/л
Химический состав
Катионы, г/мл
Анионы, г/мл
Societe minerale
(не газированная)
столовая
<600
<4
Ca2+ <40
Na+ <200
Mg2+ <15
HCO3- <400
БонАква
(сильно газированная)
столовая
<650
<7
Mg2+ <40
Ca2+ <90
Cl- <200
SO42- <60
HCO3- <60
Аквамариа
(газированная)
столовая
<210
<2,8
Ca2+ <27
K+ <3
Na+ <21
Mg2+ <14
Feобщ <0.1
NO3- <3
Cl- <38
HCO3- <98
SO42- <48
Липецкий бювет (газированная)
лечебно-столовая
3300 – 4500
<7
Ca2+ 60 - 120
K+ <30
Na+ 900 - 1200
Mg2+ 25 - 50
Cl- 550 - 850
HCO3- 250 – 350
SO42- 1200 - 1700
F-<0.87
Демидовская Люкс
(не газированная)
столовая
<210
<2,8
Ca2+ <32
K+ <2
Na+ <6
Mg2+ <14
Cl- <3
NO3- <1.4
SO42- <116
F-<0.7
Краинская
(газированная)
лечебно-столовая
2200 – 2800
<7
Ca2+ 500 - 600
Mg2+ <100
Na++K+ <100
SO42- 1400 - 1600
HCO3- 200 - 300
Cl- <25
Эдельвейс
(газированная)
лечебно-столовая
3000 – 4500
<10
Ca2+ 80 - 120
K+ 500 - 700
Na+ 500 - 700
Mg2+ <100
Cl- 750 - 1000
HCO3- 280 - 400
SO42- 1200 - 1500
«О!»
вода питьевая негазированная
столовая
100 – 300
1,5 – 2,5
К+ и Na+ 50 – 200
Са2+ 250 – 600
Mg2+ 50 – 200
Cl- 150 – 700
SO42- 300 - 700
HCO3- 800 - 1500
«О!»Sport
вода минеральная негазированная
столовая
350 – 800
-
Са2+ 70 – 200
HCO3- 200 - 400
SO42- 80 – 200
«Витаоксив»
столовая
200 – 300
1,5 – 3,5
Са2+ 250 – 750
К+ 20 – 100
Mg2+ 50 – 150
HCO3- 800 - 1800
Святой источник «Спортик»
столовая
100 – 500
<6
К+ и Na+ <20
Са2+ 250 – 800
Mg2+ 50 – 200
Cl- 150 – 1000
SO42- <200
HCO3- 500 - 2000
Различают минеральные воды по основному аниону или катиону на:
Считается, что газированная вода полезнее негазированной. Но сравнивать их нельзя, так как вода добывается из источника негазированной. Минеральные воды газируют для того, чтобы придать ей определенный вкусовой колорит. Углекислота служит консервантом. К тому же, "воздушные пузырьки" помогают быстрее утолить жажду [5].
Целью настоящей работы является сравнение результатов проведенных нами исследований образцов минеральных вод с ГОСТами и сведениями, указанными на этикетках.
Качество воды должно удовлетворять определенным нормам, зафиксированным в СанПиН 2.1.4.10749-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды», нормах Европейского Сообщества (ЕС) – директива «По качеству питьевой воды, предназначенной для потребления человеком» 98/83/ЕС, в международных рекомендациях Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) «Руководство по контролю качества питьевой воды» 1992г. и в нормах Агентства по охране окружающей среды США (USEPA). При некоторых незначительных отличиях в этих требованиях только такая вода обеспечивает здоровье людей. Повышенное содержание нетоксичных солей или присутствие органических, биологических и неорганических загрязнений в количествах, превышающих указанные в данных нормах, приводит к появлению различных заболеваний [3].
Необходимо учитывать и ПДК – предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде. ПДК определяется как максимальные концентрации, при которых вещества не оказывают прямого или опосредованного влияния на состояние здоровья населения при воздействии в течение всей жизни [4].
Проведение аналитической работы. Анализ полученных данных
Оборудование и реактивы
– четыре образца минеральных вод:
1. Вода питьевая негазированная «О!».
2. Вода минеральная негазированная «О!» Спорт.
3. Кислородная вода «Витаоксив».
4. Святой источник «Спортик».
– пробирки;
– реактивы;
спиртовка, пробиркодержатель, кольцо, экран, предметные стекла .
Схема опыта
Качественное определение некоторых ионов
Для проведения качественного анализа нами были выбраны четыре образца минеральных вод среди предлагаемых в наших торговых сетях марок. Мы проводили качественные реакции на те ионы, которые должны содержаться в образцах минеральных вод, так как указаны на их этикетках.
Нами отдельно производились качественные реакции на анионы (сульфат-ионы SO42-, гидрокарбонат-ионы HCO3-) и катионы (натрия Na+, калия К+, магния Mg2+ и кальция Са2+). Результаты сравнивались.
Ход работы
К контролю и пробам исследуемых образцов минеральных вод приливались реактивы, дающие качественные реакции на ионы, которые были заявлены на этикетке. Контроль обязательно должен содержать определяемый ион и показывает, что реактив работает (вступает в реакцию). При этом наблюдалось изменение окраски раствора или образование осадка, что свидетельствовало о наличии или отсутствии иона в растворе (минеральной воде).
Таблица 2
Ион Ход эксперимента
Примечание
Катионы
K+
1. К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы калия, прибавляют2-3 капли раствора NaHC4H4O6 и для ускорения образования осадка потирают стеклянной палочкой по стенкам пробирки. Выпадает белый кристаллический осадок.
2. Окрашивание пламени. Смочить кольцо проволоки исследуемым образцом воды, опустить в пламя спиртовки. Смотреть через синее стекло.
1. Гидротартрат натрия образует с ионами калия при рН 4-5 белый кристаллический осадок KHC4H4O6.
2. Летучие соли калия окрашивают пламя в бледно-фиолетовый цвет.
Na+
Окрашивание пламени. Смочить кольцо проволоки исследуемым образцом воды, опустить в пламя спиртовки.
Летучие соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет.
Ca2+
1. К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы кальция, добавляют 2-3 капли раствора реагента. Выпадает белый кристаллический осадок.
2. На черном часовом стекле перемешивают каплю исследуемого раствора с 2-3 каплями раствора реагента, затем добавляют 1-2 капли раствора NH4Cl, каплю этанола и снова перемешивают. Помутнение или появление кристаллического осадка указывает на присутствие кальция.
3. Окрашивание пламени. Смочить кольцо проволоки исследуемым образцом воды, опустить в пламя спиртовки.
1. Оксалат аммония образует с ионами кальция кристаллический осадок CaC2O4∙H2O.
2. Гексацианоферрат (II) калия при рН>7 в присутствии NH4Cl взаимодействует с ионами кальция с образованием белого кристаллического осадка состава Kn(NH4)mCaFe(CN)6, где n и m в зависимости от условий могут меняться от 0 до 2. Мешают ионы Mg2+
3. Летучие соли кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.
Mg2+
К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы магния, прибавляют 2-3 капли 2М HCl, 1 каплю раствора NaH2PO4 и перемешивают, по каплям добавляя 2М NH3 до появления запаха аммиака. Выпадает белый кристаллический осадок.
Гидрофосфат натрия образует с ионами магния в присутствии NH3 при рН 9 белый кристаллический осадок MgNH4PO4·6 H2O.
Анионы
Cl-
К 2-3 каплям раствора, содержащего хлорид-ионы, добавляют 2-3 капли раствора AgNO3. Образуется белый творожистый осадок.
Нитрат серебра с хлорид-ионом образует белый творожистый осадок AgCl
SO42-
1. К 2-3 каплям раствора, содержащего сульфат-ионы, подкисленного несколькими каплями 2М HCl, добавляют 1-2 капли раствора BaCl2. Образуется белый осадок.
2. К 2-3 каплям раствора, содержащего сульфат-ионы, подкисленного 2М HCl, добавить равный объем 0,002М KMnO4 и 2-3 капли BaCl2. Нагревают раствор и добавляют несколько капель 3% раствора H2O2. Раствор обесцвечивается, а окрашенный осадок остается.
1. Хлорид бария с сульфат-ионом образует белый кристаллический осадок BaSO4
2. Хлорид бария в присутствии KMnO4 образует с SO42-изоморфные кристаллы, окрашенные в розовый или розово-фиолетовый цвет.
НСО3-
К осадкам, образовавшимся при добавлении хлорида бария к образцам, добавляем раствор соляной кислоты. Наблюдается выделение углекислого газа.
Данные исследования были занесены в таблицу 3 и сравнивались с исходными данными (на этикетках).
Таблица 3
Сравнение результатов исследования с данными этикеток
Наименование минеральной воды Минеральный состав вод
Результаты исследований
Катионы
Анионы
Катионы
Анионы
«О!»
вода питьевая негазированная
К+ и Na+
Са2+
Mg2+
Cl-
SO42-
HCO3-
К+; Na+; Са2+ и
Mg2+
Cl-; SO42-; HCO3-
«О!»Sport
вода минеральная негазированная
Са2+
HCO3-
SO42-
Na+; Ca2+
SO42-; HCO3-; Cl-
«Витаоксив»
Са2+
К+
Mg2+
HCO3-
Ca2+; K+; Na+; Mg2+
Cl-; HCO3-
Святой источник «Спортик»
К+ и Na+
Са2+
Mg2+
Cl-
SO42-
HCO3-
К+; Na+; Са2+ и
Mg2+
Cl- ; SO42- и
HCO3-
В целом, результаты проведенных нами исследований показывают, что качественный состав взятых для анализа вод соответствует заявленному минеральному составу. Однако некоторые виды исследованных минеральных вод содержат ионы, не указанные в их физико-химической характеристике. В частности присутствие хлорид-ионов и катионов натрия в минеральной воде «О!»Sport, а также в «Витаоксив» явно показывает присутствие в данных водах не свойственных им минеральных солей, или указывает на вероятность их фальсификации.
Заключение
Выводы:
В результате проведения исследования четырех образцов минеральных вод с целью сравнения качественного ионного состава этих вод с указанными на этикетках, сильных отклонений не выявено.
Все минеральные воды соответствуют ГОСТу.
Рекомендации
Таким образом, можно сделать вывод, что вышеуказанные напитки можно применять в пищу, несмотря на то, что некоторые из них могут содержать ионы, не указанные на упаковке.
Литература:
1. Блинов Л.Н. Химико-экологический словарь-справочник. – СПб.: Издательство «Лань», 2002. – 272с.
2. Ершов А.В., Новиков В.Н., Королев В.Б., Выпханова Г.В. Современная экология. Междисциплинарный понятийно-терминологический словарь-справочник. Калуга. - 2003. – 237 с.
3. [link]
5. Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. – М.: ДеЛи принт, 2004. – 328с.
