Woda

1. Woda Zdjęcie 1. Odra podczas powodzi w 2010 roku widziana z Mostu Milenijnego we Wrocławiu.

2. Początkiem wszechrzeczy jest woda Tales z Miletu

3. Cele projektu W roku szkolnym 2011/2012 uczniowie Liceum Ogólnokształcącego nr XV we Wrocławiu brali udział w projekcie „Ekologia”. Naszym zadaniem, oprócz zapoznania się z wiedzą teoretyczną, było pobranie próbek z pobliskich cieków wodnych (rzeka Ślęza i jej dopływy) i ich analiza. Przeprowadzane przez nas badania pobranej wody dotyczyły jej składu chemicznego, występowania w niej organizmów oraz właściwości fizycznych. Szczegółowy opis problemów badawczych, wyniki i wyciągnięte wnioski znajdują się w dalszej części prezentacji.

4. Woda jako związek chemiczny Zdjęcie 2. Probówki.

5. Informacje ogólne Woda, tlenek wodoru, oksydan, H2O, związek tlenu i wodoru; woda w nieznacznym stopniu ulega dysocjacji elektrolitycznej (autojonizacji): 2H2O H3O+ + OH-. W czystej wodzie stężenia jonów H3O+i OH- są jednakowe — woda wykazuje odczyn obojętny (pH = 7,0). Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem wielu substancji (zwłaszcza polarnych), także katalizatorem wielu reakcji chemicznych.

6. Tlenki metali, reagując z wodą, tworzą zasady, tlenki niemetali — kwasy, niektóre metale łączą się z nią (szczególnie energicznie litowce) z wydzieleniem wodoru i powstaniem wodorotlenków. Woda ma szerokie zastosowanie w przemyśle; jest niezbędna do przebiegu wielu procesów technologicznych (jako rozpuszczalnik, substrat lub katalizator reakcji chemicznych); stosowana do rozdzielania (np. flotacja) i oczyszczania substancji (np. krystalizacja).

7. Rysunek ukazujący wiązanie kowalencyjne spolaryzowane w cząsteczce wody. Rysunek 1. Rysunek przedstawiający ładunek elektryczny w cząsteczce wody. Rysunek 2.

8. Problem badawczy Ile wynosi ph pobranych próbek wody? Jakie jest stężenie jonów NO2-, NO3-, PO43- oraz NH4+w Ślęzy i jej dopływach?

9. Biologiczne znaczenie wody Zdjęcie 3. Żaba wodna.

10. Informacje ogólne Woda jest najbardziej rozpowszechnionym związkiem chemicznym w przyrodzie (hydrosfera) i znajduje się w stałym obiegu; stanowi jeden z podstawowych składników wszystkich żywych organizmów; żywa komórka zawiera 75–85% wody. Woda jest powszechnym rozpuszczalnikiem związków ustrojowych i niezbędnym uzupełnieniem pokarmu wszystkich znanych organizmów.

11. Woda uczestniczy w przebiegu większości reakcji metabolicznych, stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego, np. produktów przemiany materii, substancji odżywczych, hormonów, enzymów; reguluje temperaturę. Życie powstało w środowisku wodnym i nadal dla licznych zwierząt i roślin stanowi ona jedyne środowisko życia. Dla świata istot żywych bardzo ważne są: duża wartość ciepła właściwego i ciepła krzepnięcia wody oraz specyficzna zależność gęstości od temperatury.

12. Problem badawczy Jaka jest zawartość tlenu w badanych ciekach wodnych? Organizmy występujące w punktach poboru i ich pobliżu.

13. Właściwości fizyczne wody Zdjęcie 4. Zapora i elektrownia wodna na rzece Kolorado w stanie Arizona.

14. Informacje ogólne Woda, bezbarwna ciecz, w grubych warstwach zielononiebieska, bez smaku i zapachu; temperatura krzepnięcia 0°C, temperatura wrzenia 100°C; występuje w 3 stanach skupienia, które współistnieją tylko w temperaturze 0,01°C przy ciśnieniu 611,73 Pa. W czasie topnienia w 0°C tylko część wiązań wodorowych zostaje zerwana i w cieczy pozostają ugrupowania cząsteczek.

15. Ze wzrostem temperatury ulegają one dalszemu rozpadowi i gęstość cieczy w anormalny sposób rośnie, by w temp. 3,98°C osiągnąć wartość maksymalną 0,99995 g/cm3; dalsze ogrzewanie powoduje zmniejszanie gęstości normalnie obserwowane u wszystkich cieczy. Energię mechaniczną wód naturalnych przetwarza się na inne rodzaje energii; parę wodną wykorzystuje się do poruszania turbin parowych i parowych silników tłokowych.

16. Problem badawczy Jaką barwę ma woda w badanych miejscach? Przezroczystość wody w poszczególnych punktach poboru. Ile wynosi przewodność elektryczna badanych próbek?

17. Badania terenowe Zdjęcie 5. Mapa z zaznaczonymi punktami poboru wody.

18. Charakterystyka miejsc poboru wody Przedmiotem naszych badań była rzeka Ślęza, która jest lewobrzeżnym dopływem Odry. Rzeka ma swoje źródło na Przedgórzu Sudeckim a jej długość wynosi 78,6 km. Oprócz poboru wody z głównego nurtu rzeki pobraliśmy próbki z jej dopływów – Kasiny (punkty poboru nr 4 i 8) oraz rowu melioracyjnego (punkt nr 6). Na obszarze naszych badań Ślęza okala Park Tysiąclecia co powoduje, że teren ten jest atrakcyjnym i popularnym miejscem do wypoczynku dla mieszkańców Nowego Dworu i Muchoboru.

19. Punkt poboru nr 1 Stan na dzień 7 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,1 NO3- – 0 PO43- – 0 NH4+ – 0

20. Punkt poboru nr 1 Stan na dzień 16 maja Odczyn wody – ph 7,5 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,1 NO3- – 0 PO43- – 0 NH4+ – ≤0,05 Zawartość tlenu [mg/l] – 60

21. Punkt poboru nr 1 Stan na dzień 16 maja Występujące organizmy – nartniki, żaby, ślimaki (zatoczek rogowy), larwy komarów, ważki (świtezianka błyszcząca) Stan na dzień 22 maja Temperatura [⁰C] – 19,4 Barwa wody – szarozielona Przezroczystość [m] – 0,5 Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1118

22. Punkt poboru nr 2 Stan na dzień 7 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,1 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+ – ≤0,05

23. Punkt poboru nr 2 Stan na dzień 16 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – ≤0,02 NO3- – 0 PO43- – 0,5-1,2 NH4+ – ≤0,05 Zawartość tlenu [mg/l] – 100

24. Punkt poboru nr 2 Stan na dzień 16 maja Występujące organizmy – małże (gałeczka rogowa), ślimaki (błotniarka), dżdżownice Stan na dzień 22 maja Temperatura [⁰C] – 19,4 Barwa wody – szarozielona Przezroczystość [m] – 0,40 Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1116

25. Punkt poboru nr 3 Stan na dzień 7 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,1 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+ – 0,2

26. Punkt poboru nr 3 Stan na dzień 16 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,1 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+ – ≤0,05 Zawartość tlenu [mg/l] – 60

27. Punkt poboru nr 3 Stan na dzień 16 maja Występujące organizmy – kijanki, nartniki, ważki (świtezianka błyszcząca) Stan na dzień 23 maja Temperatura [⁰C] – 20,5 Barwa wody – zgniłozielona Przezroczystość [m] – 0,52 Przewodność elektryczna [µS/cm] – 491

28. Punkt poboru nr 4 Stan na dzień 7 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,01 NO3- – 0 PO43- – 0-0,5 NH4+ – ≤0,05

29. Punkt poboru nr 4 Stan na dzień 16 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – ≤0,02 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+ – ≤0,05 Zawartość tlenu [mg/l] – 75

30. Punkt poboru nr 4 Stan na dzień 16 maja Występujące organizmy – pijawki, ślimaki (zatoczek rogowy), larwy chruścików Stan na dzień 23 maja Temperatura [⁰C] – 20,4 Barwa wody – szarozielona Przezroczystość [m] – nie można określić, zbyt płytko Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1124

31. Punkt poboru nr 5 Stan na dzień 7 maja Odczyn wody – ph 7 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,1 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+ – ≤0,05

32. Punkt poboru nr 5 Stan na dzień 16 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,3 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+ – ≤0,05 Zawartość tlenu [mg/l] – 60

33. Punkt poboru nr 5 Stan na dzień 16 maja Występujące organizmy – nie zanotowano obecności Stan na dzień 22 maja Temperatura [⁰C] – 21,8 Barwa wody – zgniłozielona Przezroczystość [m] – 0,30 Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1875

34. Punkt poboru nr 6 Stan na dzień 7 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – ≤0,02 NO3- – 0 PO43- – 0 NH4+ – ≤0,05

35. Punkt poboru nr 6 Stan na dzień 16 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,02 NO3- – 0 PO43- – 0 NH4+ – ≤0,05 Zawartość tlenu [mg/l] – 75

36. Punkt poboru nr 6 Stan na dzień 16 maja Występujące organizmy – nie zanotowano obecności Stan na dzień 22 maja Temperatura [⁰C] – 20,3 Barwa wody – ciemnozielona Przezroczystość [m] – nie można określić, zbyt płytko Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1015

37. Punkt poboru nr 7 Stan na dzień 7 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,02 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+ – 0,05

38. Punkt poboru nr 7 Stan na dzień 19 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,02 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+ – ≤0,05 Zawartość tlenu [mg/l] – 25

39. Punkt poboru nr 7 Stan na dzień 19 maja Występujące organizmy – nie zanotowano obecności Stan na dzień 23 maja Temperatura [⁰C] – 20,2 Barwa wody – zielonobrązowa Przezroczystość [m] – 0,58 Przewodność elektryczna [µS/cm] – 516

40. Punkt poboru nr 8 Stan na dzień 7 maja Odczyn wody – ph 6 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0 NO3- – 0 PO43- – 0 NH4+ – 0,05

41. Punkt poboru nr 8 Stan na dzień 19 maja Odczyn wody – ph 8 Stężenie jonów [mg/l]: NO2- – 0,3 NO3- – 0 PO43- – 0,5 NH4+– ≤0,05 Zawartość tlenu [mg/l] – 100

42. Punkt poboru nr 8 Stan na dzień 19 maja Występujące organizmy – wrotki, okrzemki, pantofelki, jednokomórkowe zielenice Stan na dzień 23 maja Temperatura [⁰C] – 20,3 Barwa wody – brązowozielona Przezroczystość [m] – nie można określić, zbyt płytko Przewodność elektryczna [µS/cm] – 992

43. Analiza wyników badań Jakie jest pochodzenie i jakie skutki niesie ze sobą występowanie w wodzie jonów? Przyczynami obecności jonów amonowych może być np. hodowla zwierząt i powodowane przez nią zanieczyszczenie wody odchodami. Amon jest przekształcany przez bakterie nitryfikacyjne w procesie aerobowym w azotyny a te następnie w azotany, które mogą też trafić do wody bezpośrednio poprzez wykorzystywane do uprawy roli nawozy sztuczne.

44. Azotany i fosforany (również uwalniane z nawozów) przyczyniają się do zjawiska eutrofizacji. Eutrofizacja to proces wzbogacania wody w substancje odżywcze, powodujący nadmierny rozrost glonów co prowadzi do zmian właściwości wody, polegających na występowaniu intensywnego zabarwienia i zapachu, mętności, wymierania organizmów zwierzęcych (zwłaszcza ryb), dominacji organizmów beztlenowych (saprobionty) oraz gromadzenia się znacznej ilości mułów.

45. Wykres 1. Stężenie jonów NO2- w punktach poboru wody w dniu 7 maja.

46. Wykres 2. Stężenie jonów NO2- w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.

47. Wykres 3. Stężenie jonów PO43- w punktach poboru wody w dniu 7 maja.

48. Wykres 4. Stężenie jonów PO43- w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.

49. Wykres 5. Stężenie jonów NH4+ w punktach poboru wody w dniu 7 maja.

50. Wykres 6. Stężenie jonów NH4+ w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.