Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

ИХТИ ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Стерлитамаке

Кафедра ОХТ

Журнал лабораторных работ по дисциплине: «Прикладная экология»

Выполнили: студенты группы БТС-20-31 Низамова А.И.

Шафеева Н.Ф.

Файзуллин А. А.

Тимербаев Г. Р.

Проверил: доцент, к.т.н. Асфандиярова Л.Р.

Стерлитамак 2022



Содержание

1. Кислотные осадки

2. Парниковый эффект

3. Почва

3.1 Определение влагоемкости и водопроницаемости почв

3.2 Определение скорости поднятия капиллярной воды и капиллярной влагоемкости различных образцов почвы

4. Жесткость воды и её устранение



1. Кислотные осадки

Причина возникновения кислотных дождей. Кислотные дожди по природе своего происхождения бывают двух типов: естественные (возникают в результате деятельности самой природы) и антропогенные (вызываются деятельностью человека).

1. Естественные кислотные дожди

Причин возникновения кислотных дождей естественным путем немного:

- Деятельность микроорганизмов. Ряд микроорганизмов в процессе своей жизнедеятельности вызывает разрушение органических веществ, что приводит к образованию газообразных соединений серы, которые, естественно, попадают в атмосферу. Количество образуемых таким путем оксидов серы исчисляется порядком 30-40 млн. тонн в год, что составляет примерно 1/3 от общего количества;

- Вулканическая деятельность поставляет в атмосферу еще 2 млн. тонн соединений серы. Вместе с вулканическими газами в тропосферу попадают диоксид серы, сернистый водород, различные сульфаты и элементарная сера;

- Распад азотсодержащих природных соединений. Поскольку в основе всех белковых соединений есть азот, то немало процессов приводит к образованию оксидов азота. Например, распад мочи. Звучит не очень приятно, но это жизнь;

- Грозовые разряды дают порядка 8 млн. тонн соединений азота в год;

- Горение древесины и другой биомассы.

2. Антропогенные кислотные дожди

Основной причиной кислотных дождей является загрязнение атмосферы. Если лет тридцать назад в качестве глобальных причин, вызывающих появление в атмосфере соединений, «окисляющих» дождь, назывались промышленные предприятия и тепловые электростанции, то сегодня этот список дополнился автомобильным транспортом.

- Теплоэлектростанции и металлургические предприятия «дарят» природе около 255 млн. тонн оксидов серы и азота.

- Твердотопливные ракеты также внесли и вносят немалый вклад: запуск одного комплекса «Шаттл» приводит к выбросу в атмосферу более 200 тонн хлористого водорода, около 90 тонн оксидов азота.

- Антропогенными источниками оксидов серы являются предприятия, производящие серную кислоту и перерабатывающие нефть.

- Выхлопные газы автомобильного транспорта - 40% оксидов азота, попадающего в атмосферу.

Основным источником, конечно, являются химические производства, нефтехранилища, бензозаправки и бензоколонки, а также различные растворители, применяемые как в промышленности, так и в быту.

6. Определение кислотности раствора, полученного растворением газа, образовавшегося при сжигании серы, в дистиллированной воде.

Кислотность такого раствора можно определить с помощью универсального индикатора.

7. Воздействие кислотных осадков на памятник архитектуры, металлические конструкции. Написать уравнения соответствующих реакций.

Памятники архитектуры чаще всего мраморные. Мрамор нестоек к воздействию кислот и быстро разрушается под их влиянием.

CaCO₃ + H₂SO₄ = CaSO₄ + H₂O + CO₂

CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

Металлические конструкции, хоть и являются более стойкими, также могут разрушаться под влиянием кислотных дождей.

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

5Fe + 12HNO₃ = 5Fe(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

Лабораторная работа №1

Моделирование кислотных осадков

Цель работы: Приготовить смеси, похожие по составу на кислотные дожди, путем сжигания серы на воздухе и добавления воды. Проверить действие кислотных дождей на растительные ткани (листок растения), активные металлы, мрамор.

Оборудование и материалы: кусочек растительной ткани, колба, сера, спиртовка, стеклянная пластина, дистиллированная вода, индикатор, мрамор, магниевая лента.

Ход работы:

1. Отрезали кусочек листка растения и положили в пустую колбу.

2. Заполнили наполовину специальную ложечку серой.

3. Работу проводили в вытяжном шкафу. Зажгли спиртовку. Внесли серу на ложечке для сжигания в пламя и держали, пока она не загорелась синим пламенем. Тогда быстро внесли ложечку в колбу и как можно быстрее закрыли ее большую часть отверстия стеклянной пластиной.

S+O₂=SO₂^

2SO2+O2=2SO3^

4. Когда дым заполнил колбу, удалили ложечку. Быстро закрыли отверстие стеклянной пластиной. Погасили пламя серы несколькими каплями воды.

5. Наблюдали около трех минут за содержимым колбы. Записывали наблюдения: На листке образовывались белые пятна.

6. Добавляли в заполненную дымом колбу 10 мл дистиллированной воды. Быстро закрыли крышку. Аккуратно встряхнули (одну минуту) содержимое.

SO₂+H₂O=H₂SO₃

SO₃+ H₂O H₂SO₄

2SO₂+O₂+2H₂O 2H₂SO₄

7. Вынули из колбы листок растения и отметили происшедшие изменения: Листок получил химический ожог.

8. Используя чистую проволочку, помещали по капле дистиллированной воды на лакмусовую бумажку. Записывали наблюдения:pH=6.

9. Наливали примерно 2 мл жидкости из стеклянной колбы в пробирку. Использовали чистую проволочку, проверяли реакцию на лакмусовой бумажке. Записывали наблюдения: pH=4. Сравнивали полученные данные с рН кислотного дождя (рН кислотного дождя 4 - 4,5), из чего следовало, что рН кислотного дождя = pH жидкости, полученной в результате реакции.

10. Помещали в 1 пробирку с полученным раствором немного магниевой ленты. Наблюдали 3 мин за пробиркой и записывали наблюдения: Выделялся газ.

Mg +H2SO3 = MgSO3+ H2^

Mg +H2SO4 = MgSO4+ H2^

11. Во 2 пробирку с тем же полученным раствором добавили кусочек мрамора. Наблюдали за ней около 3 мин и записывали наблюдения: Происходило выделение газа.

CaCO3 + H2SO3 = CaSO3 + CO2^ + H2O

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2^ + H2O

Вывод: В ходе лабораторной работы, мы выявили, что кислотные дожди разрушительно влияют на растительные ткани (оставляют ожоги и деформируют лист растения) и на активные металлы и мрамор ( кислота в составе реагирует с активным металлом с выделением газа).



2. Парниковый эффект

Причины возникновения парникового эффекта. Первая и самая основная причина возникновения парникового эффекта - это использование природного газа, угля, нефти, других полезных горючих ископаемых в промышленных целях. Во время сжигания этих полезных ископаемых огромное количество углекислого газа (CO2) и других вредных для окружающей среды соединений попадают в нижние атмосферные слои.

Вторая причина - это увеличение количества транспортных средств. Грузовые автомобили, легковые машины, автобусы, микроавтобусы, мотоциклы и т.д. выделяют выхлопные газы, которые не только загрязняют воздух и негативно влияют на организм человека, но и усиливают парниковый эффект.

Третья причина - бесконтрольная вырубка лесов. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ. Но чем меньше лесов остается на поверхности Земли, тем больше увеличивается уровень CO2 в воздухе.

Лесные пожары являются четвертой причиной возникновения парникового эффекта. Такие пожары уничтожают большое количество деревьев, из-за чего уровень углекислого газа в воздухе увеличивается, а уровень кислорода уменьшается.

Пятая причина - это увеличение количества населения. Чем больше людей одновременно живет на нашей планете, тем больше продуктов питания, одежды, домов, транспортных средств и т.д. необходимо для удовлетворения их потребностей. Из-за этого промышленное производство интенсивно растет, а количество выбрасываемых углекислого и других парниковых газов в воздух существенно увеличивается.

Различные удобрения и прочая агрохимия, которыми обрабатываются растения, в своем составе содержат вредные для окружающей среды химические соединения. Испаряясь, они выделяют азот - один из газов, усиливающих парниковый эффект. Данное явление является шестой причиной возникновения парникового эффекта.

Седьмая причина - это горение и разложение мусора на полигонах, что способствует увеличению уровня парниковых газов в нижних слоях атмосферы земного шара.

Глобальные изменения климата и его последствия. Основным глобальным изменением климата в наше время является глобальное потепление. Глобальное потепление - это долгосрочный, кумулятивный эффект от выбросов парниковых газов, прежде всего, двуокиси углерода и метана, влияющие на температуру земли, когда они накапливаются в атмосфере и удерживают солнечное тепло. Последствиями этого являются: повышение уровня моря; уменьшение количества ледников; волновое тепло; штормы и наводнения; засуха; болезни; экономические последствия; конфликты и войны; потеря биоразнообразия; разрушение экосистем.

Лабораторная работа №2

Моделирование механизма «парникового эффекта»

Цель работы:

Смоделировать механизм «парникового эффекта».

Оборудование: Стеклянный цилиндрический аквариум; песок (почва); пульверизатор с водой; термометр; лампа накаливания.

Ход работы:

1. Насыпали на дно стеклянного цилиндрического аквариума темный грунт (почву) слоем 2--3 см. Увлажнили почву водой из пульверизатора.

2. Установили в грунт термометр на картонной подставке шариком вверх. Накрыли коробку прозрачной крышкой. Установили лампу в 20 - 30 см над сосудом таким образом, чтобы свет падал на шарик термометра.

3. Выключили лампу, дали температуре установиться на уровне комнатной. Отмечали значение комнатной температуры (19-22,4єC). Оставляли крышку на сосуде, включали лампу и фиксировали значение температуры по термометру через каждую минуту в течение 20 минут.

4. Выключали лампу, дали температуре упасть до комнатной (20єC). Снова увлажняли грунт водой и повторяли эксперимент со снятой крышкой сосуда.

Повторяли все этапы работы, заменяя темный грунт светлым.

Обработка результатов и выводы

Результаты эксперимента заносили в таблицу 2.1 и строили графики в координатах «температура - время».

Таблица 2.1 - Изменение температуры грунта в зависимости от времен.

Время, мин	Температура, оС
	Темный грунт	Светлый грунт
	Без крышки	С крышкой	Без крышки	С крышкой
0	20	19	20	22,4
1	21	20	20,1	22,5
2	22	20,5	20,4	22,6
3	22	21	20,7	22,7
4	23	21	22	22,7
5	23	21,5	22,1	22,8
6	23,2	22	22,4	22,9
7	23,9	22,5	22,5	23
8	24	22,8	22,6	23,2
9	24,1	23	22,7	23,5
10	24,1	23,3	22,8	23,8
11	24,2	24	22,8	24
12	24,3	24,2	22,8	24,3
13	24,4	24,5	22,9	25
14	24,5	25	22,9	25,2
15	24,6	25,1	23,1	25,4
16	24,8	25,2	23,4	25,6
17	25	25,3	23,4	25,8
18	25,1	25,3	23,5	25,9
19	25,3	25,3	23,5	26
20	25,5	25,5	23,6	26,2

График 2.1- Результаты эксперимента без крышки в координатах «температура - время».

График 2.2 - Результаты эксперимента с крышкой в координатах «температура - время».

Вывод: У тёмного грунта поглощение тепла выше, соответственно, под действием прямых солнечных лучей он нагреется быстрее и сильнее, от чего следует отметить, что тёмный грунт будет отдавать больше тепла, и в результате чего больше тепла задержится в атмосфере.



3. Почва

Плодородие почвы -- способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. Гумус -- основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Гумус составляет 85…90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности. Макроэлементы - химические элементы, которые усваиваются растениями в больших количествах. К ним относятся: кислород, углерод, азот, фосфор, железо, сера и др. Микроэлементы - химические элементы, содержащиеся в почве и живых организмах в незначительных количествах. К ним относятся бор, марганец, фтор, молибден и др. влагоемкость кислотный осадок

Основные физико-химические показатели почвы. В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: минеральная основа - 50…60% (Na, К, Са, Mg и др.); органическое вещество - до 10% (гумус или перегной); воздух - 15…22% (O₂, CO₂, NH₃, H₂S и др.); вода - 25…35 % (почвенный раствор). Физические свойства почвы характеризуются фильтрационностью, влагоемкостью, капиллярностью, гигроскопичностью, испаряющей способностью, зонами испарения (линии Гофмана).

Антропогенное загрязнение плодородного слоя почвы. В почву попадают отходы различных отраслей промышленности - деревообрабатывающей, легкой, пищевой, машиностроительной, металлургической, угольной, нефтеперерабатывающей, химической и пр. Почвы урбанизированных территорий загрязняются органическими веществами, промышленными отходами, ядохимикатами и т.д. Вместе с отходами в почву попадает большое количество тяжелых металлов - цинк, свинец, ртуть, молибден, стронций, медь, железо, никель и др. И как следствие этого - тяжелые металлы в высоких концентрациях накапливаются в растительных организмах, а от них - в организме насекомых, опыляющих растения и в организме птиц, поедающих насекомых, а также в органах животных, питающихся этой растительностью, и в органах людей, используемых с пищевыми целями овощи, фрукты и мясо животных, загрязненных этими металлами.

Эрозия почвы, причины её возникновения, методы устранения. Эрозия - это разрушение верхнего плодородного слоя грунта под воздействием природных и антропогенных сил. На скорость повреждения поверхностного слоя влияют следующие факторы:

- Особенности климата. Развитие водной эрозии характерно для регионов с затяжными ливневыми дождями, а также с быстрым приходом весны, сопровождающимся резким таянием большого количества снега. Образовавшиеся талые воды размывают грунт и приводят к повреждению ценного плодородного слоя. Ветровая эрозия свойственна для равнинных зон с сухим климатом, из-за небольшого количества осадков грунт быстро пересыхает.

- Особенности рельефа. Скорость эрозии напрямую зависит от крутизны и протяженности склонов, кроме того, на выпуклых склонах деструктивные процессы развиваются быстрее, чем на вогнутых поверхностях. На равнинах эрозия развивается быстрее там, где растительный покров минимален.

- Свойства грунта также играют не последнюю роль в скорости эрозивных процессов. Наиболее устойчивыми считаются черноземы, такой грунт практически не выветривается и не размывается.

- Наличие растительного слоя. Корни растений гарантируют грунту надежную защиту от воды и ветра, кроме того, они обеспечивают быстрое впитывание влаги и препятствуют пересыханию грунта даже при жаркой погоде.

- Хозяйственная деятельность человека остается одним из наиболее разрушительных факторов. Бесконтрольный выпас скота на одних и тех же территориях, распашка земель с нарушением правил севооборота, разработка месторождений - все это приводит к повреждению почвенного слоя, и восстановить его крайне трудно.

Комплекс работ по защите почв включает в себя следующие основные направления:

- Организационно-хозяйственные работы. В них входит периодическое обследование полей с составлением планов и карт, комплексная оценка процессов эрозии, разработка плана мероприятий и контроль их выполнения.

- Агромелиоративные мероприятия - это система севооборота с учетом защиты почвы. Она предполагает посадку многолетних культур, размещение культурных растений полосами на склонах, разработку и установку системы снегозадержания для предотвращения вымывания грунта талыми водами. Кроме того, в числе мероприятий внесение минеральных и органических удобрений.

- Лесо- и гидромелиоративная защита грунта. Она предполагает высадку лесных полос на склонах, обустройство каналов для отведения талых вод, террасирование склонов, создание плотин и искусственных водоемов.

- Работы по защите грунта от водной эрозии зависят также от уровня уклона. На участках с небольшим уклоном, не превышающим 2 градусов, поверхностный сток достаточно легко свести к минимуму, для этого достаточно проводить посев поперечными полосами или высаживать растения по контуру.

При более сильном уклоне на поле создаются защитные полосы из многолетних трав. На 40 метров посадки культурных растении ширина защитной травянистой полосы должна составлять не менее 7 м. Ширина защитной буферной полосы зависит от крутизны склона: чем она выше, тем более широкими должны быть полосы. На крутых склонах недопустима высадка пропашных культур.

Комплекс мер по борьбе с водяной эрозией позволяет получить хороший результат и обеспечить сохранность почвы на долгие годы. Периодически должен проводиться контроль состояния грунта с коррекцией применяемых защитных мер.

Основные факторы, влияющие на плодородие почвы. Следует выделить такие факторы, от чего зависит плодородие почв:

- Влажность и способность впитывать воду. Вода - основной источник жизни и здоровья всех живых существ на планете, а значит она прямым образом оказывает влияние на плодородие грунта и определяет его качество. От нехватки жидкости грунт становится слишком бедным и неплодовитым, теряет часть своих элементов и биологических составляющих, может поменять структуру, стать более рыхлым

- Атмосферное давление. Воздух, который постоянно находится в движении, способен распылять влагу и разносить воду по всем участкам и территориям Земли. А это значит, что в результате такого взаимодействия в почве могут произрастать растения и проживать множество видов биологических существ.

- Питательность. Питательность почвы - это наличие в ней необходимого для правильного роста и функционирования растений витаминов, минералов и биологических веществ.

- Насыщение воздухом и проветривание грунта. Процесс циркуляции воздуха в почве максимально сильно влияет на уровень ее плодородия и здоровья.

Влияние органических и минеральных удобрений на продукцию растениеводства. Удобрения являются ведущим фактором внешней среды, оказывающим влияние на качество урожая. Можно отметить несколько возможных путей отрицательного влияния удобрений на урожай и качество продукции:

1. Косвенно - через ухудшение свойств и плодородия почвы. Так, систематическое внесение физиологически кислых минеральных удобрений на подзолистых почвах без известкования ухудшает их агрономические и биологические свойства. Это приводит к нарушению метаболизма в растениях.

2. Систематическое применение минеральных удобрений довольно часто приводит к накоплению в почве сопутствующих балластных элементов (хлор, фтор, натрий, а также тяжелые металлы - свинец, кадмий, ртуть и др.), которые далеко не безвредны как для растений, так и для животного организма.

3. Удобрения, вносимые в почву, могут мобилизоваться или иммобилизовывать отдельные минеральные элементы почвы, которые часто входят в состав ряда ферментов, например, железо, цинк, медь и др. Это существенно сказывается на активности ферментов, следовательно, нарушается весь цикл превращения органических соединений.

4. Нарушение научных основ применения удобрений приводит к накоплению в растениях повышенного количества нитратов, токсичных органических соединений (гликозидов, нитрозоаминов и др.), что отрицательно сказывается на качестве сельскохозяйственной продукции.

5. Качество сельскохозяйственной продукции может так же существенно ухудшаться от применения чрезмерно высоких, без учета агрономический требований, доз стоков от животноводческих комплексов, навоза.

Последствия загрязнения почвы нефтепродуктами. Экологические последствия загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами зависят от параметров загрязнения, свойств почвы и характеристик внешней среды.

К первой группе факторов относятся химическая природа загрязняющих веществ, концентрация их в почве, срок от момента загрязнения и др. Нефть состоит из многих фракций, существенно различающихся между собой по физико-химическим свойствам. Поэтому их поведение в почве различно.

Ко второй группе факторов принадлежат структура почвы, гранулометрический состав, влажность почвы, активность микробиологических и биохимических процессов и др. Чем крупнее частицы почвы, тем легче нефть и нефтепродукты проходят внутрь, в ее нижние слои.

К внешним факторам относятся температура воздуха, ветреность, уровень солнечной радиации и особенно доля ультрафиолетового излучения в свете, растительный покров и пр.

Лабораторная работа № 3

3.1 Определение влагоемкости и водопроницаемости почв

Цель работы: Определение водопроницаемости различных образцов почвы

Оборудование и материалы: весы технические, цилиндр мерный емкостью 500 мл, мерный стакан, штатив.

Ход работы:

Определение водопроницаемости и полной влагоемкости почвы проводили на установке, изображенной на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Установка для определения водопроницаемости и полной влагоемкости почвы

1. В первый цилиндр с фильтром насыпали слоем 10 см предварительно взвешенную чистую воздушно-сухую почву.

2. Во второй цилиндр насыпали слоем 10 см предварительно взвешенную загрязненную нефтепродуктами (6 мл) почву. Почву уплотняли, осторожно постукивая о стенки цилиндра.

3. На поверхность почв тонкой струей из мерных цилиндров наливали воду так, чтобы ее уровень был на 1 см выше уровня почвы, который необходимо поддерживать в течение всего опыта.

4. Воду, просочившуюся через почву, собирают в мерные стаканы. Продолжительность опыта - 1 час.

Обработка результатов:

1. Полную влагоемкость определяли в процентах по отношению к массе сухого воздушного образца почвы после просачивания последней капли воды через цилиндры с почвой.

2. Количество удержанной воды определяли по разности масс налитой и просочившейся воды, занося данные в таблицу:

Таблица 3.1

Почвы	Масса пустого цилиндра	Масса цилиндра с почвой	Объем налитой воды, мл	Объем просочившейся воды, мл	Объем воды, пропитавшейся в почву мл	Разность масс, г
Чистая	30,4	94,2	1000	475	50	50
Загрязненная	30,6	83,9	1050	950	10	14

3. Водопроницаемость оценивали по таблице 6.

Таблица 3.2 - Шкала определения водопроницаемости почвы

Оценка водопроницаемости	Объем воды, прошедшей через почву за 1 час, см 3 1 час, см
Излишне высокая	1000-500
Наилучшая	500-100
Хорошая	100-70
Удовлетворительная	70-30
Неудовлетворительная	менее 30

Чистая почва (475 см³) - наилучшая водопроницаемость

Загрязненная почва (900 см³)- излишне высокая водопроницаемость

4. Сравнивали полученные соответствующие показатели у чистой и загрязненной почвы.

Вывод: Загрязнение почвы приводит к значительному ухудшению водопроницаемости почвы, а соответственно, к её непригодности для нужд сельского хозяйства.

3.2 Определение скорости поднятия капиллярной воды и капиллярной влагоемкости различных образцов почвы

Для определения скорости поднятия капиллярной воды и капиллярной влагоемкости использовали цилиндры с делениями, нижний конец которых обвязан марлей.

1. Цилиндры заполняли чистой и загрязненной нефтепродуктами (6 мл) почвой слоем 10 см. Во время заполнения цилиндры с почвой слегка постукивали о стол для более равномерного распределения почвенных комочков.

2. Цилиндры с почвой взвешивали. После этого цилиндры с почвой ставили в ванну для насыщения капиллярной водой (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Установка для определения скорости поднятия капиллярной воды и капиллярной влагоемкости почвы

3. Вода через марлю подходила к нижнему концу цилиндра и по капиллярным порам почвы поднималась вверх, увлажняя почву. Уровень поднятия воды замечали по изменению цвета почвы.

4. Через определенные промежутки времени уровень отмечали и записывали. Опыт продолжали до тех пор, пока поднятие воды не прекратилось.

Таблица 3.3

Чистая почва	Загрязненная почва
Время, мин	Высота увлажнения, см	Время, мин	Высота увлажнения, см
1	4,5	1	1
2	6	2	1,6
3	6,7	3	2
4	7	4	2,5
5	7,6	5	3
6	7,8	6	3
7	8,5	7	3,2
8	9	8	3,5
9	9,4	9	3,6
10	9,8	10	3,7
11	9,8	11	3,8

Обработка результатов:

1. Скорость поднятия капиллярной влаги за определенный промежуток времени определяли путем деления высоты поднятия на продолжительность. Скорость поднятия капиллярной влаги изображали графически, откладывая на оси абсцисс продолжительность опыта от начала наблюдения, а на оси ординат высоту поднятия воды в момент наблюдения (график 3.1):

График 3.1- Скорость поднятия капиллярной влаги 1-чистая почва; 2-грязная почва

Таблица 3.4

Почвы	Масса пустого цилиндра	Масса цилиндра с почвой	Масса цилиндра с влажной почвой
Загрязненная	50,8	107,9	119,5
Чистая	55,3	125,7	149,2

2. Капиллярную влагоемкость определяли по разнице масс цилиндра с почвой до и после насыщения водой. Влагоемкость определяли в процентах по отношению к массе сухого воздушного образца почвы.

Влагоёмкость в загрязнённой почве =·100%= ·100%= 22,43%

Влагоёмкость в чистой почве = ·100% =·100% = 33,4%

3. Сравнивали полученные показатели соответствующие чистой и загрязненной почве.

Вывод: Скорость поднятия капиллярной воды в загрязнённой почве намного хуже, чем у чистой почвы, что означает слабое водоснабжение из грунтовых вод. Капиллярная влагоемкость в загрязнённой почве не значительно ниже чистой почвы.



4. Жесткость воды и её устранение

Под жёсткостью воды понимается присутствие в ней таких физико-химических свойств, которые связанны с определённой величиной содержащихся в воде солей щёлочноземельных металлов в растворённом состоянии, чаще всего магния или кальция.

Исходя из определения, воду можно назвать жёсткой в том случае, если в её составе присутствует повышенное содержание солей, в то время как незначительное их содержание в составе воды делает её мягкой.

Вода может иметь либо временную, либо постоянную жёсткость. Временная жёсткость воды подразумевает несложную возможность устранения этой жесткости, и достигается это путём кипячения воды, во время которого происходит разложение соли под термическим воздействием. Постоянная же жёсткость зависит от наличия таких солей в составе, которые не выделяются при кипячении воды.

Если же температурное воздействие способно устранить только временную жёсткость, то в случае с постоянной жёсткостью требуется использование более эффективных и сложных методов. Примером может служить добавление в воду реагентов, а именно кальцинированной соды или ортофосфата натрия, входящего во многие бытовые препараты. Результатом такой химической реакции являются перешедшие в нерастворимые соединения соли, которые превращаются в осадок.

Наивысшей эффективности очистки воды возможно добиться путём её прохождения через специальные полупроницаемые полиамидные мембраны, в результате которой удаляются не только соли жёсткости, но и практически все присутствующие соли в воде. Однако такой метод не лишён недостатков, поскольку готовая вода имеет низкую минерализацию и достаточно высокую стоимость.

Чтобы добиться полного избавления от жёсткости воды необходимо прибегнуть к её дистилляции, в процессе которой испаренная жидкость проходит процесс охлаждения и конденсации, переходя обратно в жидкое, но уже очищенное состояние.

Важность использования воды с уровнем солей в пределах нормы или очищенной воды объясняется пагубным воздействием жесткой воды на человеческое здоровье. Регулярное использование жесткой воды повышает риск возникновения мочекаменной или почечнокаменной болезни в организме взрослого человека, а организм еще новорожденных детей от купания в такой воде подвержен риску развития атопического дерматита или экземы, которые способны привести к астме или пищевой аллергии у ребёнка.

Жёсткость воды - свойства воды, связанные с содержанием в ней солей жесткости. При большом количестве солей щёлочноземельных металлов в воде она называется жесткой (название произошло от того, что после стирки в такой воде ткань более жесткая).

Существует несколько способов борьбы с жесткой водой, но все они имеют свои плюсы и минусы.

Термический:

· При кипячении воды гидрокарбонаты магния и кальция разлагаются.

· Временное смягчение воды

· Выгодно применять в домашних условиях

· Отсутствие специального оборудования

· Образуется накипь.

Реагентное умягчение:

· В воду добавляются реагенты: кальцинированная сода, гашеная известь или ортофосфат натрия, в итоге соли жесткости выпадают в осадок.

· Невыгодность способа в домашних условиях

· Необходимость в реагентах

· Необходимость отделения осадка.

· Катионирование. В воду помещают ионообменную гранулированную загрузку, которая поглощает катионы солей щёлочноземельных металлов и отдает ионы натрия и водорода.

· Смягчение воды

· Невыгодность способа в домашних условиях

· Сложность способа.

Обратный осмос:

· Вода проходит через полупроницаемые мембраны, которые удаляют из жидкости практически все соли.

· Большая эффективность (99,9%)

· Вода очищается от всех солей, а не только от солей жесткости

· Высокая стоимость, частая смена мембран

· Невыгодность способа в домашних условиях

· Предварительная подготовка воды.

Электродиализ.Такой процесс смягчения воды имеет большое сходство с обратным осмосом, но проходит под воздействием электрического поля:

· Большая эффективность

· Редкая смена мембран

· Отсутствие предварительной подготовки воды.

· Вода очищается от всех солей, а не только от солей жесткости

· Невыгодность способа в домашних условиях

Дистилляция. Воду нагревают, она испаряется, охлаждается и конденсируется:

· Большая эффективность

· Можно применять в небольших объемах (домашних условиях)

· Вода становится дистиллированной

Лабораторная работа №4

Устранение жесткости воды.

Цель работы: ознакомление с некоторыми способами уменьшения жесткости воды.

Приборы и реагенты: пробирки, стеклянная палочка, штатив, фильтровальная бумага, калгон, ионообменная смола, песок.

Получили у преподавателя образец жесткой воды, содержащей ионы Ca⁺². Сравнили три способа их удаления:

1. Фильтрация через песок;

2. Обработка калгоном (смесью соды Na₂CO₃ и гексаметафосфата натрия Na₆P₆O₁₈);

3. Пропускание через ионообменную смолу.

Гексаметафосфат натрия Na₆P₆O₁₈ «удаляет» ионы жесткости путем включения их в состав растворимого аниона большего размера:

2Ca⁺² (водн.) + P₆O₁₈^-6 (водн.) › Сa₂(P₆O₁₈)^-2 (водн.)

Карбонат натрия осаждает ионы кальция в виде карбоната кальция и тем самым смягчает воду. При промывке твердые частички осадка уносятся струей воды.

Для умягчения воды могут также использовать так называемые ионообменные смолы. При этом жесткая вода пропускается через специальные колонки. Ионы жесткости остаются на ионообменной смоле, а вместо них из смолы выделяются ионы, не создающие жесткости (обычно ионы Na⁺).

Для определения того, стала ли вода «мягче», используют два метода. Первый состоит в реакции между катионом кальция и карбонат-анионом, добавляемым в виде раствора карбоната натрия Na₂CO₃. В результате образуется осадок карбоната кальция.

Ca⁺² (водн.) + CO₃^-2 (водн.) › СaCO₃ (тв.)

Ход работы

1. Собрали прибор, как показано на рисунке.

2. Свернули четыре листка фильтрованной бумаги, поместили в каждую из воронок. Пронумеровали воронки номерами от 1 до 4.

3. Воронка 1 - контроль. В ней только фильтровальная бумага (ионы жесткости, находящиеся в растворе, не удаляются из него при пропускании через фильтрованную бумагу). Воронка 2 на одну треть заполнена песком, воронка 3 - на одну треть калгоном и воронка 4 - на одну треть ионообменной смолой.

4. Налили в каждую из воронок по 5 мл жесткой воды. Следили за тем, чтобы вода не попадала между воронкой и фильтрованной бумагой.

5. Собрали фильтраты в каждую из пробирок.

6. В каждый фильтрат добавили по 10 капель раствора Na₂CO_3. Осадок не образовался, появилась муть. Менее мутные были пробирки со смолой и калгоном, самые мутные: пробирка с фильтрованной бумагой и пробирка с песком. Наличие мути показывает, что ионы кальция не удалены.

Вывод: на основе данных опытов, можно сделать вывод, что наиболее эффективный метод уменьшения жесткости воды - пропускание через ионообменную смолу (смола имеет свойство поглощать из жидкости ионы жесткости, а взамен отдавать такое же число собственных «мягких» ионов) и через калгон ( содержит специальное вещество - хелаты. Они связывают ионы таких минералов, как кальций и магний, что делает их неспособными вступать в реакцию с карбонатом натрия).

Размещено на Allbest.ru

...