Propozycje wykorzystania Skrzynek Badacza Do nauczycieli przyrody!!! Część I Otrzymaliście Państwo Skrzynki ekobadacza, które dają możliwość realizacji wielu ciekawych ćwiczeń i analiz, obserwacji a zarazem inspiracji do nowych pytań, budzenia ciekawości poznawczej wobec otaczającej rzeczywistości Naszych dzieci.. Aby zaspokoić ciekawość uczniów w zakresie nauczania przyrody, ekologii proponujemy zadanie, podczas którego uczniowie przeprowadzą badanie wody wodociągowej w swojej szkole. Sprawdzą czy trzeba stosować do wody środki zmiękczające, aby na urządzeniach stosowanych w domu nie zbierał się biały osad tzw. kamień, który wywołuje podgrzana twarda woda?
Zadanie nr 1 Dokonajcie oznaczenia twardości węglanowej w Waszej szkole postępując zgodnie z instrukcją znajdującą się w walizce ekobadacza. Twardość węglanowa: jest powiązana z ph wody i może się zmieniać. Zadanie nr 2 Dokonajcie oznaczenia odczynu ph wody w Waszych kranach, postępując zgodnie z instrukcją znajdującą się w Skrzynce ekobadacza. Można też przeprowadzić badania jakości wody opadowej (czy nie jest kwaśna?), wody z pobliskiej rzeki lub strumienia (np. czy nadaje się do kąpieli), studni przydomowej (czy nadaje się do podlewania roślin w ogrodzie?) i innych wód. Wszystkie szkoły mogą podjąć się zrobienia po kilka badań i będą nagrody dla wszystkich uczniów w zespole (o maksymalnej licznie 3 uczniów), którzy wykonają zadanie co najmniej 3-krotnie(np. w odstępie 1 tygodnia) powtórzą badania i prześlą karty pracy ( załącznik nr2) na adres podany niżej.
załącznik nr 2 Karta pracy Grupa (imiona i nazwiska) 1.... 2.... 3.... Szkoła:... Data przeprowadzenia badań Godzina/y poboru prób,... Miejsce/a poboru prób Wyniki: PODCZAS PRACY ZACHOWAJ OSTROŻNOŚĆ!!! Kartę pracy wypełnioną prześlij na adres: Regionalne Centrum Rozwoju Edukacji ul. Duboisa 36 45-057 Opole z dopiskiem
Skrzynka ekobadacza Będziecie mieli Swój udział w badaniach Część II Jaką wodę mamy na Naszym terenie! O co chodzi z tą twardością wody czyli trochę chemii. Twardość wody pojawia się nie tylko przy okazji reklam pralek i odkamieniaczy, ale także w kontekście wody do gotowania i do spożycia. Twardość wody jest bardzo ważna np.przy zakładaniu akwarium. Zatem twardość wody ma znaczenie nie tylko dla akwarystów, ale też dla kucharzy. Twardość wody - jest to cecha wody, będąca funkcją stężenia soli wapnia, magnezu. Co to oznacza? Możemy mówić o dwóch wskaźnikach twardości wody: Najczęściej używa się dwóch miar twardości wody: twardości ogólnej i węglanowej. Formalnie twardość wody oznacza się poprzez stężenie wapnia i magnezu. Możemy mówić o twardości ogólnej TwO oraz węglanowej TwW. Twardość wyraża się w różnych jednostkach. Ogólna twardość wody jest sumą twardości węglanowej i trwałej. Nazwa nietrwała wynika z faktu, że węglany są nietrwałe i można się ich pozbyć przez przegotowanie wody, natomiast chlorki, siarczany i azotany są trwałe i pozostają również po przegotowaniu wody. Duża, nietrwała twardość wody stanowi często poważny techniczny problem, gdyż w trakcie wielu procesów technologicznych związanych z podgrzewaniem wody następuje osadzanie się tzw. kamienia kotłowego. Niedogodności związane z tworzeniem kamienia na urządzeniach rekompensują duże walory zdrowotne wody zawierającej jony wapnia i magnezu. Liczne badania wykazały, że picie wody miękkiej powoduje problemy zdrowotne w układzie krążenia (choroby serca) oraz w układzie pokarmowym (rozpuszczanie śluzówki żołądka). Jedyną zgodną z układem SI jednostką, w której powinno się wyrażać twardość jest mol/l lub jednostki pochodne (np. mmol/ l ). W praktyce jednak możemy się spotkać najczęściej z tzw. stopniem niemieckim ( o n). Jednostka ta odpowiada zawartości 10 mg tlenku wapnia w litrze wody.
TWARDOŚĆ OGÓLNA woda mgcaco 3 /l mmol/l mval/l o n (dh) Bardzo miękka 0-85 0-0,89 0-1,78 0-5 Miękka 85-170 0,89-1,78 1,78-3,57 5-10 Średnio twarda 170-340 1,78-3,57 3,57-7,13 10-20 Twarda 340-510 3,57-5,35 7,13-10,7 20-30 Bardzo twarda > 510 > 5.35 > 10,7 30 W przypadku, gdy twardość wody jest wyższa niż 10-12 stopni dh, woda kwalifikuje się już do zmiękczania w celu ochrony instalacji wodnej oraz podłączonej do niej armatury oraz sprzętu AGD (pralka, zmywarka). Zmiękczanie wody chroni elementy instalacji przed osadzaniem się kamienia kotłowego. Czy można bezpiecznie pić wodę z kranów? Odczyn (ph) Odczyn wód naturalnych waha się w granicach ph 4-9 i zależy od wielu czynników: zawartości węglanów, wodorowęglanów i dwutlenku węgla charakteru podłoża glebowego, które może zawierać związki o charakterze kwaśnym lub zasadowym zanieczyszczeń ściekami opadów atmosferycznych, które mogą powodować wzrost ilości słabych i mocnych kwasów w wodach. Woda deszczowa ma odczyn kwasowy, spowodowany obecnością, nawet w czystej atmosferze, dwutlenku węgla oraz kwasu węglowego. Istotny wpływ na odczyn ph wody deszczowej mają wprowadzane do atmosfery, w wyniku spalania paliw, tlenki siarki, węgla i azotu. Gazy te, reagując z wodą tworzą kwasy. Opady kwaśne obejmują swym zasięgiem tereny uprzemysłowione, ale mogą także być przenoszone przez wiatr na inne obszary. Odczyn wody ma duże znaczenie dla organizmów żywych i przebiegu procesów biochemicznych oraz przemysłowego użytkowania wody. W wodach zbyt kwaśnych lub zbyt zasadowych zamiera życie.kwaśny odczyn(ph>7) wody przyspiesza
wymywanie metali ciężkich z osadów dennych. Wody o odczynie kwaśnym mają również podwyższone właściwości korozyjne. Część III Co możecie jeszcze zbadać korzystając ze środków dydaktycznych zawartych w Skrzynce ekobadacza Powodzenia! W praktyce sanitarnej zakres badania wody ustala się w zależności od jej przeznaczenia. Rozróżnia się trzy podstawowe zakresy badania wody: skrócony, rozszerzony i pełny. Dla rutynowej kontroli jakości wody do picia i potrzeb gospodarstwa domowego wykonuje się badania skrócone. Badania skrócone obejmują takie oznaczenia jak: 1) Temperatura 2) Mętność 3) Barwa 4) Zapach 5) odczyn(ph) 6) twardość 7) zasadowość 8) żelazo ogólne 9) mangan 10) chlorki 11) amoniak 12) azotany(iii) 13) azotany(v) 14) utlenialność 15) siarkowodór W badaniach wody będą ujęte: 1) Temperatura 2) Mętność 3) Barwa 4) Zapach 5) odczyn(ph) 6) twardość 10) chlorki 12) azotany(iii) 13) azotany(v) 15) siarkowodór
Temperatura Krótka charakterystyka wybranych wskaźników jakości wody Temperatura wód naturalnych zależy przede wszystkim od: ich pochodzenia strefy klimatycznej pory roku od dopływu ścieków przemysłowych i miejskich Temperatura wody ma duży wpływ na współistnienie organizmów wodnych oraz przebieg procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących w wodach. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie ilości rozpuszczonego tlenu, zwiększenie biologicznego zapotrzebowania na tlen, przyspieszenie procesu nitryfikacji oraz utleniania amoniaku do azotanów (III) i (V), co w efekcie prowadzi do deficytu tlenowego w wodzie. Natomiast podwyższenie temperatury o 10 C powoduje blisko dwukrotne przyspieszenie reakcji chemicznych i biologicznych zachodzących w wodzie. Podwyższona temperatura zwiększa również toksyczność wielu substancji. Podwyższenie temperatury wód podziemnych może świadczyć o kontakcie z zanieczyszczonymi wodami powierzchniowymi. Dopuszczalna temperatura wód powierzchniowych w Polsce wynosi 22 C dla klasy czystości I oraz 24 C. Dla klas III, IV i V wartości granicznej temperatury wód nie wyznaczono w rozporządzeniu. Mętność Mętność jest to właściwość optyczna, polegająca na rozproszeniu i absorbowaniu części widma promieniowania widzialnego przez cząstki stałe obecne w wodzie lub ściekach. Mętność wody uwarunkowana jest obecnością nie rozpuszczonych w niej cząstek pochodzenia nieorganicznego i organicznego, które rozpraszają i absorbują promienie świetlne. Mętność mogą powodować wytrącające się: związki żelaza, manganu i glinu, kwasy humusowe, plankton, cząstki skał i gleb, osady denne, zawiesiny odprowadzane do wód ze ściekami. Pomiar mętności daje ogólne pojęcie o stopniu zanieczyszczenia wody. Oznaczanie mętności jest jednak niezbędne przy ocenie wody do picia oraz wody do celów gospodarczych i przemysłowych. Mętność wody wpływa przede wszystkim na jej wygląd i smak. Wody mętne nie nadają się do picia i celów gospodarczych. Barwa Barwa jest właściwością optyczną polegającą na pochłanianiu części widma promieniowania widzialnego przez substancje rozpuszczone, koloidalne oraz cząstki
zawiesin obecne w wodzie lub ściekach. Barwa wody może być spowodowana przez wiele czynników takich jak: rodzaj roślinności i produkty jej rozkładu, związki humusowe, plankton, jony metali. Przyczyną barwy wody może być również dopływ ścieków z zakładów przemysłowych. Wody naturalne mają barwę żółtozieloną potocznie nazywaną barwą naturalną. Barwa wód wypływających z terenów bagnistych, leśnych czy torfowisk, bogatych w związki humusowe, jest żółtobrązowa. Barwa wody nie ma większego znaczenia higienicznego, a jedynie informacyjne(o potencjalnym zanieczyszczeniu organicznym.. Jednak inne odcienie barwy wody niż żółtozielony, mogą świadczyć o jej zanieczyszczeniu. ściekami lub odpadami przemysłowymi. Barwa szara wody, świadczy o jej świeżym zanieczyszczeniu ściekami bytowymi Zapach Zapach wody jest powodowany obecnością w niej: produktów rozkładu ciał organicznych, mikroorganizmów i organizmów wodnych produktów rozkładu substancji nieorganicznych i organicznych wprowadzanych ze ściekami Zapach wody może świadczyć o jej zanieczyszczeniu, dlatego np. przemysł spożywczy lub farmaceutyczny wymagają wody wolnej od zapachów. Badanie zapachu wody może być przeprowadzone przez każdą osobę o przeciętnej wrażliwości na zapachy. Wśród zapachów wyróżniamy kilka grup podstawowych: - roślinny (nadawany przez wydzieliny rosnących lub zasychających roślin grupa zapachów przyjemnych) oznaczany w analityce literą R; - gnilny (nadawany wodzie przez rozkładające się części roślin i zwierząt, związki z przemian beztlenowych itp. grupa zapachów nieprzyjemnych) oznaczany w analityce literą G; - specyficzny (nadawany przez substancje rozpuszczone lub zawieszone w wodzie zdyspergowane dla których znamy substancję go wywołującą, np. benzyna, naftalina, kwas octowy, chlor itp.) oznaczany w analityce literą S. Dla oceny ilościowej (intensywności zapachu) wykorzystujemy skalę pięciostopniową 1 bardzo słabo wyczuwalny 2 słabo wyczuwalny 3 wyraźnie wyczuwalny
4 silnie wyczuwalny 5 bardzo silnie wyczuwalny Brak zapach oznaczamy cyfrą 0 Przykładowe zapisy wyników analiz zapachu: 2R, 3R (siano); 1R (fiołki); 3G; 5G, 1S (chlor) Twardość Twardość wody jest jej właściwością wynikającą z obecności rozpuszczonych w niej związków, głównie wapnia i magnezu. Pierwotnie twardość wody była definiowana jako właściwość wody polegająca na zużywaniu pewnej ilości mydła bez wytwarzania piany podczas wstrząsania próbki wody z mydłem. Wody twardej nie powinno się używać w gospodarstwach domowych i przemyśle z następujących powodów: wzrasta zużycie mydła i środków piorących, przy częstym myciu powoduje podrażnienie skóry, powstaje kamień kotłowy, który utrudnia wymianę ciepła, wywołuje korozje w wymiennikach ciepła wskutek hydrolizy soli magnezu i wzrostu stężenia jonów wodorowych. Chlorki Dobra rozpuszczalność soli kwasu solnego, zwanych chlorkami oraz ich powszechne występowanie w przyrodzie powoduje, że jon chlorkowy występuje we wszystkich wodach naturalnych. Niewielkie ilości jonów chlorkowych znajdują się w wodach górskich i wodach opadowych. Chlorki mogą przenikać do wód naturalnych z: gleby, pokładów naturalnych soli, ze ściekami, z odpadkami pochodzenia zwierzęcego. Przy ocenie zawartości chlorków w wodzie istotne jest ustalenie ich pochodzenia, to znaczy czy są one pochodzenia naturalnego, czy tez ich obecność jest wynikiem zanieczyszczenia wody. W tym ostatnim przypadku jonom, chlorkowym towarzyszą znaczne ilości związków azotowych. Słony smak wody zależy od rodzaju soli występujących w wodzie. Smak ten jest spowodowany obecnością w wodzie chlorku sodu. Wysokie stężenie jonów chlorkowych zwiększa korozyjność wody. Stężenie chlorków powyżej 250 mg/dm -3 jest szkodliwe dla roślin. Według wymagań sanitarnoepidemiologicznych, zawartość chlorków w wodzie do picia nie powinna przekraczać 250 mg/dm -3, jeżeli są to chlorki pochodzenia naturalnego. Chlorki innego pochodzenia czynią wodę nieprzydatną do picia. Azotany(III) i azotany(v) Azotany(III) mogą być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego. Są one produktem przejściowym w cyklu azotowym zachodzącym w wodach naturalnych. Azotany(III) są nietrwałe i łatwo przechodzą w amoniak lub azotany(v). Wskazane jest aby stężenie azotanów(iii) w wodzie nie było większe niż l mg*dm -3.
Azotany(V) występują we wszystkich rodzajach wód. Azotany(V) do wód naturalnych dostają się ze ścieków komunalnych i przemysłowych, z pól nawożonych nawozami azotanowymi, a także z rozkładu organicznych związków azotowych. Azotany występujące w wodach powierzchniowych przyspieszają eutrofizację, co powoduje zmniejszenie wydajności procesów uzdatniania wody oraz pogarsza jej smak i zapach. Obecność w wodzie naturalnej amoniaku, przy braku azotanów(iii) wskazuje na świeże zanieczyszczenie wody ściekami zawierającymi azot. Jeżeli w wodzie jednocześnie znajduje się amoniak i jony azotanowe(iii) może to świadczyć o zanieczyszczeniu istniejącym od pewnego czasu. Natomiast obecność azotanów(v), przy braku amoniaku i azotanów(ni), świadczy o tym, że zanieczyszczenie wody nastąpiło dawno i w tym czasie zaszedł proces mineralizacji zanieczyszczeń wody. Siarkowodór i siarczki Siarkowodór i siarczki mogą być pochodzenia nieorganicznego i występować w postaci rozpuszczonego siarkowodoru, rozpuszczalnych siarczków lub pochodzenia organicznego jako wynik rozkładu biochemicznego białek roślinnych i zwierzęcych w warunkach beztlenowych. Siarczki mogą również powstawać na skutek redukcji siarczanów(vi) przez bakterie siarkowe. Siarkowodór występujący w wodzie nawet w małych stężeniach nadaje wodzie wyczuwalny, nieprzyjemny zapach. Obecność siarkowodoru w wodzie niekorzystnie wpływa na jej smak i właściwości korozyjne. Woda przeznaczona do picia nie może zawierać siarkowodoru, bez względu na jego pochodzenie organiczne czy też nieorganiczne. Oprócz badań fizykochemicznych do oceny jakości wód wykorzystywane są również wskaźniki biologiczne. Przykładowe organizmy wodne występujące w wodach o zróżnicowanej czystości podano w poniższej tabeli. ZWIERZĘTA WODNE JAKO WSKAŹNIK CZYSTOŚCI WÓD powierzchniowych (potoków, rzek, jezior, stawów itp.) WODA DOBRA WODA PRZECIĘTNA WODA ZŁA wypławek biały, słoniczka pospolita, kiełż zdrojowy, larwy jętek, larwy widelnic, odlepka ślimacza, pająk topik pijawka rybia, błotniarka stawowa, zatoczek rogowy, groszkówka rzeczna, ośliczka pospolita, skójka zaostrzona, pluskwiak nartnik, larwa muchówki, rurecznik pospolity, ochotka (larwa, poczwarka, postać dorosła)
Do oceny jakości wody wykorzystuje się odpowiednie akty prawne. Dla stwierdzenia przydatności wody do picia i na potrzeby sanitarne stosujemy odpowiednie rozporządzenie Ministra Zdrowia (z 2007r. ze zmianami). Do oceny jakości wód powierzchniowych i ich klasyfikacji do odpowiedniej klasy czystości (jednej z 5) stosujemy rozporządzenie Ministra Środowiska (z 2011r.). Wody podziemne oceniamy wykorzystując rozporządzenie Ministra Środowiska (z 2008r.). Inne rodzaje wód mogą być oceniane z zastosowanie jeszcze innych rozporządzeń stosownie piśmiennictwo 1. J. Minczewski,Z. Marczenko; Chemia analityczna; PWN 2. Podręcznik do ćwiczeń z technologii chemicznej. Praca zbiorowa Uniwersytet Warszawski, 3. M. Głowacki; Szkolny monitoring wód; Opolskie Centrum Edukacji Ekologicznej, 2001 4. M. Głowacki; Szkolny monitoring wód (wyd. II uzupełnione); Opolskie Centrum Edukacji Ekologicznej, 2002 5. Hermanowicz W, Dożańska W., Dojlido J., Koziorowski B., Zerbe J., Fizycznochemiczne badania wody i ścieków, PWN W-wa 2010. 6. Dz. U. Nr 61, poz. 417 z późniejszymi zmianami. Rozporządzenia Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 roku, w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (ze zmianami). 7. Dz. U. Nr 257, poz 1545 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 listopada 2011 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych oraz środowiskowych norm jakości dla substancji priorytetowych 8. Gomółka E., Szaynok A., Chemia wody i powietrza, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2004 9. Dojlido J., Chemia wód powierzchniowych, Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko, Białystok, 1999. 10. Dojlido J., Zerbe J., Instrumentalne metody badania wody i ścieków, Arkady, Warszawa, 1997. 11. Elbanowska H., Zerbe J., Siepak J.: Fizyczno-chemiczne badania wód, UAM, Poznań 1999. powodzenia!