Определение степени минерализации воды в реках г. Уссурийска

Министерство образования Российской Федерации

Уссурийский Государственный Педагогический Институт

Биолого-химический факультет

Курсовая работа

Определение степени минерализации воды в реках

г. Уссурийска

Выполнил:

 студент 2 курса 521 группы

Русских А.М._________

Научный руководитель:

к.б.н. Шишлова Т.М._________

Уссурийск, 2001 г.
Содержание:

Введение…………………………………………………………………3-5

Глава I. Вода на Земле, ее происхождение и состав….6-10

 I.1. Классификация природных вод……………………………..…6

 I.2. Минеральный состав природной воды и его влияние на

гидробионтов…………………………………………………….....8

Глава II. Материалы и методы………………………………11-19

II.1. Характеристика объектов исследования……………………....11

II.2. Определение ионов Cl^- аргентометрическим титрованием

 по Мору……………………………………………….……………12

II.3. Определение сульфат-ионов титриметрическим методом

(титрованием нитратов свинца в присутствии дитизона)…..15

II.4. Определение гидрокарбонат-ионов титриметрическим

методом……………………………………………………………..16

Глава III. Результаты и их обсуждение……………………...…20

Заключение и выводы………………………………………………..21

Литература……………………………………………………………….23

Введение Какое вещество является самым главным, самым важным в окружающем нас материальном мире? Ответ на этот вопрос можно дать уверенно и однозначно: природная вода.

Вода – это основа всей жизни на Земле. Объем гидросферы 1389 млн. км³. она занимает примерно ³/₄ поверхности земного шара – 449,53 млн. км² (суша 165,34 млн. км²). В организмах животных и растений содержится всего 0,003 % запаса пресной воды. Для многих живых существ вода служит средой обитания (Банников, 1977).

Ежегодно из соленых морей и океанов Земли испаряется более 348690 км³ пресной воды. Эта атмосферная влага образует оболочку вокруг Земли, препятствующую потерям тепла в результате излучения. Без этой оболочки водяных паров температура Земли равнялась бы –184^оС (Оуэн, 1977).

Вода оказывает существенное влияние на формирование климата и погоды. Водяные пары обладают высокой теплоемкостью и низкой теплопроводимостью, свойствами, которые смягчают сильные перепады температуры, аккумулируя солнечное тепло, выравнивают годичные и суточные колебания температуры. Вода, возвращающаяся в атмосферу путем эвапотранспирации, поддерживает леса, пастбища, газоны и позволяет получать урожаи культур. Вода разрушает, растворяет и транспортирует неорганические вещества, способствует отложению осадочных пород и образованию почвы.

Вода – единственное в природе минеральное вещество, которое нельзя заменить другими веществами (Алпатьев, 1983).

Природные воды – это очень сложные растворы различных веществ, в отличие от химически чистой воды. Они различаются по своему химическому составу, по общей концентрации растворенных веществ и формам их соединений, по общей количественному соотношению между компонентами состава. Это обусловлено сложностью состава веществ, находящихся в природе, и от условий, в которых происходили взаимодействия этих веществ с водой. В природных водах, кроме химических соединений, присутствуют живые организмы, жизнедеятельность которых изменяет химический состав воды. Происходит создание органического вещества в процессе извлечения растительными и животными организмами из воды химических элементов и возврат химических элементов в воду после отмирания этих организмов. Существенно изменяет состав воды и деятельность человека (Юрков, 1962).

Для рационального комплексного использования водных ресурсов необходим определенный объем, качество и оперативность гидрохимической информации. Определение общей минерализации вод относится к одному из основных определений.

Для оценки минерализации пресных вод применяется величина удельной электропроводности, которая является приблизительным показателем концентрации солей. Общее количество солей, растворенных в одном килограмме морской воды, принято называть соленостью (Подорванова, 1997).

В данной курсовой работе была поставлена задача: познакомиться с понятием «минерализация природных вод» и на основе аргентометрического и титриметрического методов химического анализа провести количественное определение анионов Cl^-, SO₄^2-, НCO₃^-, CO₃^2- и на основе полученных экспериментальных данных сделать вывод о степени минерализации вод рек Раковка и Комаровка.

Глава I. Вода на Земле, ее происхождение и состав

 

I.1. Классификация природных вод

 

По степени солености все природные воды, согласно Венецианской системе, подразделяют на:

·     пресные (до 0,5^о/_оо),

·     миксогалинные или солоноватые (0,5 - 30^о/_оо),

ü олигогалинные (0,5 - 5^о/_оо),

ü мезогалинные (5 - 18^о/_оо),

ü полигалинные (18 - 30^о/_оо)

·     эугалинные или морские (30 - 40^о/_оо),

·     гипергалинные или пересоленные (более 40 ^о/_оо).

К пресным водоемам относятся реки и большинство озер, к эугалинным – Мировой океан, к миксогалинным и гипергалинным – некоторые озера и отдельные участки Мирового океана (Константинов, 1986).

Как уже говорилось ранее, целью данной работы является анализ речной воды.

Из отдельных ионов в речной воде преобладают карбонатные и значительно меньше ионов, образующихся при растворении сульфатов, нитратов, солей фосфора, кальция, железа, марганца, кремния и др. По классификации Алекина, речные воды делят на:

·    гидрокарбонатные,

·    сульфатные,

·    хлоридные.

Эти воды обозначают как классы символами C, S, Cl. В пределах каждого класса выделяют три группы по эквивалентному преобладанию ионов кальция, магния или суммы натрия и калия, а в каждой группе – три типа по соотношению жесткости и щелочности (Константинов, 1986).

Воды подавляющего числа рек на Земле имеют небольшую минерализацию (менее 0,5 ^г/_кг). Минерализация воды лишь некоторых рек больше приведенного значения, однако она выходит за пределы минерализации пресных вод, т.е., меньше 1 ^г/_кг, например р. Колорадо у г. Остин (0,7 ^г/_кг). В исключительных случаях реки, обычно весьма небольшие, могут иметь высокую минерализацию, до рассольной включительно, например р. Риу-Негру в Колумбии, содержащая резко кислую воду, в которой присутствует серная (11 ^г/_кг) и соляная(9 ^г/_кг) кислоты. Истоки подобных рек связаны либо с вулканами, либо с солеными или минеральными источниками (Дерпгольц, 1979).

Большинство рек России относится к гидрокарбонатному классу, реже – к сульфатному и совсем редко – к хлоридному. Вода рек гидрокарбонатного класса обычно слабо минерализована (как правило, до 0,2^о/_оо, лишь в отдельных случаях до 1^о/_оо). В реках хлоридного типа соленость повышается до 19^о/_оо. В пределах европейской части России соленость рек возрастает с продвижением с севера на юго-восток, а в азиатской – с севера на юго-запад. В этих же направлениях происходит смена вод гидрокарбонатного класса на воды сульфатные и хлоридные (Константинов, 1986).

 

I.2. Минеральный состав природной воды и его влияние на гидробионтов

 

Природные воды – сложные многокомпонентные системы. Так, вода существует не в виде химического соединения, состоящего из водорода и кислорода, а представляет собой сложное тело, в состав которого помимо молекул воды входят самые разнообразные вещества. Все они играют ту или иную роль в жизни водного населения. Наибольшее экологическое значение для водных обитателей имеет степень насыщения воды различными газами, концентрация ионов минеральных солей, водородных ионов и органических веществ, состав и концентрация взвешенных веществ (Таубе, 1971).

Главнейшие ионы, содержащиеся в природных водах:

·     катионы: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺;

·     анионы: HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-.

В значительно меньших количествах (и не всегда) содержатся катионы Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺; анионы HSiO₃^-, HPO₄^2-, I^-, HS^- и др. В окружающей среде может меняться не только суммарное количество ионов, но и их соотношение (Таубе, 1971).

Следует отметить, что поток воды в реках имеет не ламинарный (линейный), а турбулентный характер, когда формируются различные завихрения, обуславливающие энергичное перемешивание водной массы и выравнивание всех гидрологических градиентов (температурных, солевых, газовых и т.д.) (Константинов, 1986).

Суммарную концентрацию всех минеральных ионов, имеющихся в воде, обозначают как ее соленость. Наиболее часто соленость пресных вод выражается в миллиэквивалентах, а морских вод – в граммах на 1 кг, или в промилле (^о/_оо). Значение минеральных ионов в жизни гидробионтов очень многогранно. Одни из них, получивших название биогенов, необходимы растениям для обеспечения процессов биосинтеза. К таким биогенам, лимитирующим рост и развитие гидрофитов, в первую очередь относятся ионы, содержащие азот, фосфор, кремний и железо (Константинов, 1986).

Другое значение минеральных ионов связано с влиянием на солевой состав гидробионтов (диффузия через их наружные покровы). Суммарная концентрация ионов определяет тоничность внешней среды водных организмов, условия их осморегуляторной работы. Наконец, с повышением солености воды возрастает ее плотность и вязкость, что существенно сказывается на плавучести гидробионтов и условия их движения (Возная, 1979).

Минерализация воды сильно меняется по сезонам года, заметно снижаясь во время паводков. За счет разбавления меженных вод слабоминерализованными паводковыми может даже меняться принадлежность реки к тому или иному классу. Содержание биогенов в реках сильно варьирует в зависимости от их характера и сезона года (Дерпгольц, 1979).

Немаловажное значение для водных организмов имеет концентрация ионов кальция и магния, суммарное содержание которых определяет особое качество воды – жесткость. Достаточная жесткость воды – необходимое условие для существования гидробионтов с известковым скелетом.

Выяснено, что специфика физиологического действия ионов преимущественно определяется не анионами, а катионами. Некоторые ионы, противоположно влияющие на одну и ту же функцию, называют антагонистами (Юрков, 1962).

Хлориды по общему содержанию в природных водах занимают первое место среди анионов. Содержание их колеблется в пределах от десятых долей до тысячи и более миллиграммов на литр. Это преобладающие анионы в водах с высокой степенью минерализации. В бытовых сточных водах всегда много хлоридов. Резкое увеличение концентрации Cl^- в воде указывает на загрязнение водоема сточными водами (Константинов, 1986).

Сульфаты содержатся почти во всех природных водах, нередко преобладая среди анионов. Концентрация их колеблется от нескольких десятков до тысячи миллиграммов на литр. Ионы SO₄^2- поступают в природные воды при растворении гипсовых пород, мирабилита, в результате окисления сероводорода, свободной серы и сульфидов. При большом содержании SO₄^2- ионов (более 250 ^мг/_л) возникает сульфатная коррозия бетона, проявляющияся в образовании соединений большего объема, чем составные части тела бетона (CaSO₄^.2H₂O, сульфоалюмината кальция) (Дерпгольц, 1979).

Карбонат-ионы содержатся в щелочных водах. Обычная питьевая вода не содержит карбонатов (Таубе, 1971).

Глава II. Материалы и методы

 

II.1. Характеристика объектов исследования

 

Река Комаровка – левый приток р. Раздольная. Комаровка берет свое начало в отрогах хребта Сихотэ-Алинь на высоте 380 м над уровнем моря. Отсюда она течет на юго-запад, а затем поворачивает по дуге на северо-запад и впадает в р. Раздольная у г. Уссурийска.

Длина реки 65 км. Площадь водосбора 1480 м². Основным ее притоком является р. Раковка. Комаровка – это горно-равнинная река.

Пойма реки преимущественно двусторонняя, шириной от 100 м в верховьях до 500 - 800 – в нижнем течении. В очень большие паводки пойма затопляется целиком, при этом глубина затопления на больших территориях достигает 3 м и более. Особенно сильно затопляется устьевая часть близ г. Уссурийска. Глубина реки изменяется в переделах от 0,2 до 1,9 м. Скорость течения порядка 0,3 - 1,5 м в сек. Берега русла чаще всего высотой от 1,5 до 3 м. Дно галечное и песчано-галечное.

Река Раковка – правый приток реки Раздольная. Она берет свое начало в северной части Уссурийского заповедника, в гористой местности. Раковка – горно-равнинная река протяженностью 76 км и с площадью водосбора 812 км².

В верховьях Раковки, У слияния рек Раковка и Лихачевка, находится Раковское водохранилище, площадью 5 км², объемом 41 млн. м³, которое является основным источником централизованного водоснабжения г. Уссурийска.

В центре Уссурийска Раковка сливается с Комаровкой и единым руслом с Комаровкой, протяженностью около 5 км,впадает в Раздольную. (см. приложение)

II.2. Определение ионов Cl^- аргентометрическим титрованием по Мору

Содержание хлоридов в воде определяется объемными методами – меркуриметрическим и методом осаждения. Первый метод применяется при малых концентрациях хлоридов. Он основан на связывании Cl^-ионов в малодиссоциированную соль HgCl₂. сущность второго метода заключается в связывании ионов Cl^- ионами Ag⁺ в труднорастворимый хлорид серебра (Таубе, 1971).

В данной курсовой работе был применим второй метод: в нейтральной или слабощелочной среде (рН = 7-10) осаждали хлорид-ионы титрованным раствором нитрата серебра в виде малорастворимого хлорида серебра. Произведение растворимости хлорида серебра составляет 1,56^.10^-10. В качестве индикатора применяли раствор хромата калия, который реагирует с избыточными ионами серебра, вызывая переход лимонно-желтой окраски в оранжево-желтую.

Реактивы, необходимые для определения хлорид-ионов аргентометрическим титрованием по Мору

1.      Бидистиллят;

2.      Серная кислота 1н. раствор;

Разбавляли 28 см³ концентрированной серной кислоты ч.д.а. дистиллированной водой до 1 дм³.

3.      Едкий натр (NaOH) 1н. раствор;

Растворяли 40 г NaOH ч.д.а. в бидистилляте до 1 дм³.

4.      Фенолфталеин 0,5% раствор;

Растворяли 0,5 г фенолфталеина в 50 см³ 96%-ного этилового спирта и разбавляли 50 см³ дистиллированной воды. В раствор по каплям добавляли 0,01 н. NaOH до появления заметной розовой окраски.

5.      Хромат калия 5% раствор;

Растворяли 50 г K₂SO₄ ч.д.а. в небольшом объеме бидистиллята и прибавляли раствор нитрата серебра до начала образования красного осадка. После двухчасового отстаивания раствор фильтровали и доводили бидистиллятом до дм³.