Основи охорони праці - Атаманчук П.С. - ІV. Технологія і техніка виконання експериментів

Мета роботи: сформувати знання про водневий показник рН нейтральних, лужних і кислотних розчинів та його вплив на життєдіяльність людини; вивчити будову, технічні характеристики й правила експлуатування іономера; виробити вміння вимірювати активність іонів водню.

І. Цільова програма

ІІ. Підготовка до роботи

1. Повторити навчальний матеріал, що стосується екологічних проблем навколишнього середовища, причин його забруднення, впливу кислотних і лужних розчинів на життєдіяльність людини, вимірювання рівнів рН водних розчинів.

2. Діагностика початкового рівня знань:

1 (РО). Перерахуйте загальні вимоги до якості питної води.

2 (ПОЗ). Вплив кислотних і лужних розчинів на життєдіяльність людини.

3 (РО). Сутність показника рН та методи його визначення.

4 (ПОЗ). Будова іономера та його основні технічні характеристики.

5 (ЗЗ). В яких одиницях вимірюються основні параметри, що характеризують якість питної води?

ІІІ. Теоретичні відомості

На планеті Земля міститься близько 16 млрд.м3 води, що становить 0,25 % її маси. Близько 80 % запасів води міститься в мантії планети. Частина гідросфери, що міститься під поверхнею ґрунту охоплює ґрунтові, підґрунтові, міжпластові води й води карстових порожнин. Сьогодні водним ресурсам загрожує вичерпність та псування. Існування людства майже повністю залежить від поверхневих вод суші - річок та озер. Це мізерна частина водних ресурсів підлягає найбільш інтенсивному впливу. Вода річок та озер покриває потреби людства в питній воді, використовується для зрошення у сільському господарстві (73 % всієї питної води), витрачається в промисловості для охолодження АЕС та ТЕС. Споживання води постійно збільшується, і одна з небезпек - зменшення її запасів. Вода в біосфері перебуває у безперервному русі, бере участь у геологічному та біологічному кругообігу речовин. Вода є основою існування життя на Землі, без неї не може існувати наша цивілізація, бо людина використовує воду як для пиття, так і для забезпечення своїх санітарно-гігієнічних і господарсько-побутових потреб. Ця хімічна сполука входить до складу живих тканин, продуктів харчування, ґрунтів, гірських порід тощо. Суттєвий вплив водяної сфери нашої планети на життєдіяльність людини і значення води для всього живого важко переоцінити.

Вода, з одного боку - фізіологічне та гігієнічно необхідний елемент, а з іншого - вона може стати джерелом хвороб і порушень здоров' я людини. Це, насамперед, пов' язано зі зміною складу, якісного показника води або недостатньою її кількістю. В хімічно чистому вигляді води в природі не буває, бо вона є універсальним розчинником практично всіх речовин у рідкому, твердому та газоподібному станах. Загальними вимогами до питної води є такі:

- вода не повинна містити токсичних, радіоактивних та інших шкідливих для здоров' я людини речовин;

- вміст у воді мінеральних речовин і мікроелементів повинен відповідати фізіологічним потребам організму;

- за своїми органолептичними властивостями (наявність запаху, присмаку, кольоровості тощо (вода повинна задовольняти смакові потреби населення.

До забруднювачів джерел водопостачання відносять: стічні побутові та промислові води, стікання дощових і талих вод із сільськогосподарських полів і т. п. Забруднення води відбувається: відходами, що поглинають кисень; отруйними речовинами (пестицидами, гербіцид-дами); нафтою й нафтопродуктами; відходами органічного синтезу (мийними речовинами); радіоактивними та хімічними речовинами. Окрім цього, забруднення може бути тепловим від гарячих стоків промислових підприємств.

Характеристики якості питної води регламентуються відповідними державними стандартами й санітарно-гігієнічними вимогами. Показники хімічного складу води визначаються нормами вмісту - гранично допустимими концентраціями (ГДК) речовин, які з'явилися у природній воді внаслідок промислового, сільськогосподарського і комунально-побутового забруднення. ГДК обмежують загальну мінералізацію води, вміст хімічних речовин, загальну жорсткість і рН.

Техногенне забруднення довкілля суттєво впливає не лише на склад атмосферного повітря, але й на процеси кругообігу енергії і речовин у природі. Зокрема, зміна хімічного складу повітря внаслідок діяльності людини та процеси кругообігу води в природі спричиняють виникнення феномена "кислотних дощів". Це явище було відкрито понад сто років тому назад А. Смітом. який виявив залежність між рівнем забруднення атмосферного повітря й кількістю опадів. Незабруднені опади самі собою мають кислу реакцію (рН = 5,5-6,0). Значне забруднення атмосфери сірчистим ангідридом, окислами азоту, сполуками хлору й фтору призводить до більшої кислотності. На окремих територіях США, Європи середньорічна кислотність опадів не перевищує 4,0-4,5, що прирівнюється до слабких розчинів кислот. У деяких регіонах Земної кулі, наприклад Нідерландах зареєстровані опади із рН = 3,8.

Збільшення вмісту кислих іонів і постійне вимивання лужних катіонів призводить до того, що буферна система рослин руйнується і кислотність ґрунтів збільшується. Токсична дія аерозолю сірчаної кислоти на організм людини особливо посилюється у хмарну погоду. Розчин сірчаної кислоти у вигляді крапель туману тримається у повітрі або разом із дощем випадає на землю. Сірчана кислота роз'їдає метал, тканини, бетон, фарби, негативно впливає й на все живе; на підкислених ґрунтах знижується врожайність, а зростання кислотності у водоймах призводить до загибелі всього живого. Наприклад, при рН = 4,5 гинуть всі риби, земноводні, комахи, а на дні розвиваються гриби й бактерії - анаероби, що виділяють вуглекислий газ, метан і сірководень.

Вплив забрудненого повітря і води на організм людини виявляється в загальному погіршенні здоров' я людини, зниженні імунітету, появі головного болю, відчутті слабкості, зниженні продуктивності праці тощо. У районах із сильним забрудненням атмосферного повітря рівень захворюваності населення на бронхіти у 3-5 разів, пневмонію в 2-3, плеврит у 3-4 рази вищий, ніж у населення районів із незабрудненим повітрям.

Відомо, що вода в природі є дуже слабким електролітом, який частково дисоціює на гідроксидіони ОН та іони гідрогену Н+: Н20 *-> Н+ + ОН". Співвідношення між концентраціями іонів водню та гідроксидіонами справедливе не тільки для чистої води, але для будь-яких водних розчинів також. При кімнатній температурі нейтральні розчини мають однакову концентрацію: [Н+] = [ОН-] = 10-7 моль/л, що дає змогу обчислювати [Н+] або [ОН-] у випадках, коли одна з цих величин відома.

Якщо до води додати розчин кислоти, тобто ввести додаткову кількість іонів гідрогену, то стан іонної рівноваги води порушиться, а збільшення концентрації іонів гідрогену призведе до відповідного зменшення концентрації гідроксидіонів: [Н+] = [ОН-] = 10-14моль/л; [ОН-] = 10-11моль/л.

У лужних розчинах концентрація іонів гідрогену є набагато меншою, ніж концентрація гідроксидіонів: [Н+] = 10-11моль/л.

Отже, в нейтральному середовищі: [Н+] = [ОН-] = 10'7моль/л; у кислотному - [Н+] > [ОН-]; у лужному - [Н+] < [ОН-].

Для характеристики кислотності середовища використовувати концентрації іонів водню не завжди зручно. Здебільшого використовують величину, запропоновану Зеренсеном ще 1909 року - від'ємний десятковий логарифм концентрації водневих іонів, яку називають потенціалом водню або водневим показником рН: рН = -^[Н+], де: "р" - початкова літера датського слова "рвївт" - математичний степінь, "Н" - символ водню.

Таким чином, для:

- нейтральних розчинів - [Н+] = [ОН-] = 10-7, рН = рОН = 7;

- кислотних розчинів - [Н+] > 10-7, рОН > 7, рН < 7;

- лужних розчинів - [Н+] 10-7 < 10-7, рОН < 7, рН > 7.

Існує два основних методи визначення показника рН різноманітних розчинів:

1. Індикаторний метод. Визначення рН розчинів цим методом ґрунтується та тому, що індикатори змінюють своє забарвлення при різних значеннях рН. зокрема: метилоранж - при рН = 4,4; лакмус - при рН = 7; фенолфталеїн - при рН = 9.

2. Метод потенціометра. Цей метод ґрунтується на вимірюванні потенціалів водневого, гіпгідронного та скляного електрода, які перебувають у стані рівноваги з іонами гідрогену. Для цього використовують прилади: іономери (рис. 17.1) та рН-метри (рис. 17.2).

Основні технічні характеристики приладу, що використовується в даній роботі:

1. Іономер універсальний "ЗВ-74".

2. Напруга живлення: 220 В, частота струму 50 Гц.

3. Іономер призначений для вимірювання активності іонів водню (рН), активності інших одновалентних і двовалентних аніонів і катіонів (рХ) в розчинах у вигляді аналогового сигналу напруги постійного струму. Прилад призначений для використання в лабораторіях науково-дослідних установ.

4. Діапазон вимірювань рН в даній роботі: 4^9.

ІV. Технологія і техніка виконання експериментів

1. Ознайомитись з теоретичними відомостями щодо проблеми значення водних ресурсів планети для життєдіяльності людини, загальних вимог до якості питної води, впливу кислотних і лужних розчинів на життєдіяльність людини.

2. Дослідіть сутність показника рН і методи його визначення.

3. Використовуючи теоретичні відомості та заводську інструкцію ознайомтесь з конструкцією та правилами використання іономера. Занотуйте його основні технічні характеристики

4. Підготуйте іономер до роботи (див. рис. 17.1).

Перш ніж розпочати вимірювання необхідно увімкнути прилад для прогріву на 20-30 хв. Для цього натискують кнопку "СЕТЬ", "т°" та "-1-19". Регулятором "ТЕМПЕРАТУРА РАСТВОРА" встановлюють температуру 20оС (за верхньою шкалою приладу).

5. Вимірювання показника рН питної води або іншого водного розчину (рис. 17.3).

На столику, що закріплений на штативі, встановіть склянку з дослідним розчином. В неї занурте два електроди (зліва - вимірювальний; справа - допоміжний). Щоб одержати точні результати вимірювань бажано щоб температура досліджуваного розчину (води) була в діапазоні (20±2)°С.

Для здійснення вимірювання рН дослідного розчину на передній панелі приладу (після його прогріву) натискають кнопки: "4-9", "АНИОНЫ-КАТИОНЫ", "рХ". Через деякий час стрілка плавно встановиться біля позначки шкали вимірювального приладу, що відповідає значенню рН досліджуваного розчину. Зніміть та запишіть в зошит одержаний результат в робочий зошит.

Пам'ятайте, що при вимірюваннях необхідно використовувати верхню шкалу цифрового індикатора, знаючи, що 0 буде відповідати значення 4; 1-5; 2-6; 3-7; 4-8; 5-9.

6. Проаналізуйте одержані результати, оцініть придатність даного розчину для споживання людиною та сформулюйте загальний висновок до роботи.

7. З 'ясуйте механізм впливу шкідливих домішок на організм людини.

8. Підготуйте відповіді на запитання для підсумкового контролю.