Введение

В эпоху научно-технического прогресса воздействие человека на окружающую его среду привело к тому, что выработанные миллионами лет эволюционного природного развития биохимические процессы, химия природной среды и круговорота веществ подверглись серьезным нарушениям и изменениям.

Кризисные экологические ситуации и бедствия разнообразных уровней, масштабы загрязнения природной среды обуславливают глу-бокие противоречия во взаимоотношениях общества и природы, характер которых становится все более угрожающим для человечества.

Нынешнему молодому поколению предстоит решать важные экологические проблемы уже в ближайшем будущем. Это предопределяет не только необходимость экологического образования, формирования экологической этики, развития ноосферного мышления, но и важность приобретения навыков и умений для решении практических задач по оценке уровней загрязнения природных сред и объектов, для проведения мониторинга воды, почвы, воздуха, продуктов питания.

Большинство процессов, протекающих в биосфере, как природных, так и антропогенных, представляют собой движение химических элементов и преобразование их соединений. Поэтому можно говорить о химическом единстве всех живых и неживых частей экосистемы.

Данное учебное пособие имеет цель помочь студентам в более глубоком и осознанном усвоении учебной программы курса «Экология» через практические занятия в лаборатории кафедры. Студенты получают возможность самостоятельно провести несложные химические действия, чтобы оценить качество воды по органолептическим показателям, по химическому и биогенному составу, определить уровень загрязнения снежного покрова. На практических опытах студенты знакомятся с методикой определения нитратов в растительной продукции, с некоторыми методами установления качества пищевых продуктов. Две практических работы посвящены вопросам почвенной структуры и содержанию химических элементов в почве. Использование специальной лабораторной установки позволяет провести реализацию весового способа оценки запыленности воздушной среды.

Проведение предусмотренных пособием работ потребует от студента определенного минимума знаний общей химии, биологии и физики и, как надеются авторы, будет способствовать формированию у студентов аналитического и экологического мышления, а также создаст предпосылки для развития интереса у молодого поколения к решению проблем сохранения природной среды.

Работа 1 Исследование физических свойств воды

Воды, находящиеся на поверхности планеты (материковые и океанические), образуют геологическую оболочку, называемую гидросферой. Гидросфера находится в тесной связи с другими сферами Земли: литосферой, атмосферой и биосферой.

Большая часть воды (около 97%) находится в океанах и морях и лишь 3% на континентах. Вода входит в состав многих минералов и горных пород, присутствует в почве и во многих живых организмах. Тело взрослого человека на 65% состоит из воды. Она входит в состав всех его органов и тканей: сердце, легкие, почки содержат воду около 80%, кровь – 83%, кости – 30%; тело рыб содержит 80% воды, водоросли – 90%.

Вода жизненно необходима. Человек может прожить без пищи 3 – 4 недели, а без воды – лишь несколько дней. Вода помогает регулировать температуру тела, служит в качестве смазки, облегчающей движения суставов.

Важное свойство воды – растворять другие вещества. Морская вода – прекрасный растворитель. Около 70 элементов периодической системы содержатся в ней в обнаруживаемых количествах. Такое разнообразие элементов определяет состав природных вод.

Состав природных вод. По химическому составу природные воды чрезвычайно разнообразны. Различия обусловлены не только качественным составом и общей концентрацией растворенных веществ, но и соотношением компонентов и различных форм их нахождения в воде.

Растворенные газы находятся в природных водах в виде молекул и частично гидратированных соединений. Минеральные и органические вещества встречаются в истинно растворенном, коллоидном или взвешенном состояниях.

Принято совокупность компонентов, входящих в состав природных вод, условно делить на 5 групп:

1. Макрокомпоненты, к которым относятся ионы Cl^-, SO₄^2-,

HCO₃ ^-, CO₃^2-, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.

2. Растворенные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сероводород и др.)

3. Биогенные элементы (соединения азота, фосфора, кремния)

4. Органические вещества (гумусовые вещества, углеводы, органические кислоты и т. д.)

5. Микроэлементы (Li, Ba, Cu, Br, I, Cr, Mo, радиоактивные элементы)

Вода используется в любых областях хозяйства.

По видам использования природные воды классифицируют следующим образом:

1.Хозяйственно-питьевое водопользование. К нему относят использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно – питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности.

2.Коммунально-бытовое водопользование предполагает использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения.

3.Рыбохозяйственное водопользование включает в себя использование водных объектов для обитания, размножения и миграции рыб и других водных организмов.

Интенсивное развитие промышленности, техники и благоустройство городов связано с ростом водопотребления. Увеличение водопотребления вызывает, с одной стороны, необходимость вовлечения в оборот вод с менее удовлетворительным качеством, с другой – заставляет считаться с ухудшением качества воды в используемых водоемах из-за возрастания их загрязнения.

Различают следующие виды загрязнений водной среды: минеральные, органические, биологические, тепловые, радиоактивные, твердые отходы (мусор).

Основными источниками загрязнения и засорения рек и водохранилищ являются следующие:

–сточные воды и ливневые стоки промышленных и сельскохозяйственных предприятий;

–коммунально-бытовые и ливневые стоки городов, сельских

населенных пунктов, объектов рекреации;

–сточные воды с объектов животноводства;

–вынос биогенных веществ с сельскохозяйственных угодий;

–массовое использование берегов водохранилищ и рек при неорганизованном отдыхе, интенсивное дачное строительство.

В настоящее время промышленные выбросы превышают допустимые санитарные нормы. Это приводит к увеличению числа людей, страдающих заболеваниями, такими как хронический бронхит, ишемия, аллергия, рак.

Для обеспечения безопасности здоровья населения и нормативных условий санитарно – бытового водопользования состав и свойства воды в водоемах должны соответствовать гигиеническим нормативам вредных веществ, что является важнейшей частью водно-санитарного законодательства.

Один из главных показателей санитарных норм – предельно-допустимая концентрация (ПДК) ядовитых и вредных веществ в воде.

ПДК – концентрация вещества в воде, выше которой вода непригодна для пользования, измеряется в мг/л.

Кроме ПДК используется также другой норматив – лимитирующий показатель вредности (ЛПВ).

ЛПВ – предельная норма неблагоприятных свойств или вредного воздействия. При нормировании качества воды в водоемах питьевого водоснабжения различают три вида ЛПВ: общесанитарный, органолептический, санитарно-токсикологический.

Общесанитарный показатель вредности – максимальная концентрация, не приводящая к нарушению процессов естественного самоочищения водоемов.

Органолептический показатель вредности – максимальная концентрация в воде, при которой не обнаруживается неприемлемых для населения изменений органолептических свойств воды.

Санитарно-токсикологический показатель вредности – максимальная концентрация, не оказывающая неблагоприятного влияния на состояние здоровья человека (см. прил. 1).

Цель работы: изучить физические свойства воды.

Материалы, реактивы, оборудование: пробирки; колбы на 250 мл; мерный цилиндр емкостью 100 мл; цилиндр, градуированный по высоте на сантиметры; эксикатор; бюкс; фарфоровая чашка; фильтр; пипетка; часовое стекло; белая и черная бумага; универсальная индикаторная бумага; беззольные фильтры; pH-метр; аналитические весы; ареометры (денсиметры); термометры; сушильный шкаф.