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

Początkiem wszechrzeczy jest woda

Tales z Miletu

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.

Zdjęcie 2. Probówki.

Informacje ogólne

Woda, tlenek wodoru, oksydan, H 2 O, związek tlenu i wodoru; woda w nieznacznym stopniu ulega dysocjacji elektrolitycznej (autojonizacji): 2H 2 O jonów H 3 O + H 3 O + i OH + OH . W czystej wodzie stężenia są jednakowe — woda wykazuje odczyn obojętny (pH = 7,0). Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem wielu substancji (zwłaszcza polarnych), także katalizatorem wielu reakcji chemicznych.

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.

i oczyszczania substancji (np. krystalizacja).

flotacja)

Rysunek 1.

Rysunek przedstawiający ładunek elektryczny w cząsteczce wody.

Rysunek ukazujący wiązanie kowalencyjne spolaryzowane w cząsteczce wody.

Rysunek 2.

Problem badawczy

•

Ile wynosi ph pobranych próbek wody?

•

Jakie jest stężenie jonów NO 2 , NO 3 , PO 4 3 oraz NH 4 + w Ślęzy i jej dopływach?

Zdjęcie 3. Żaba wodna.

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 uzupełnieniem organizmów.

ustrojowych pokarmu i niezbędnym wszystkich znanych

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 od temperatury.

specyficzna zależność gęstości

Problem badawczy

•

Jaka jest zawartość tlenu w badanych ciekach wodnych?

•

Organizmy występujące w punktach poboru i ich pobliżu.

Zdjęcie 4. Zapora i elektrownia wodna na rzece Kolorado w stanie Arizona .

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.

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/cm 3 ; dalsze ogrzewanie powoduje zmniejszanie gęstości normalnie obserwowane mechaniczną się na inne u wszystkich wód rodzaje energii; cieczy.

naturalnych przetwarza parę Energię wodną wykorzystuje się do poruszania turbin parowych i parowych silników tłokowych.

Problem badawczy

•

Jaką barwę miejscach?

ma woda w badanych

•

Przezroczystość wody w poszczególnych punktach poboru.

•

Ile wynosi przewodność badanych próbek?

elektryczna

Zdjęcie 5. Mapa z zaznaczonymi punktami poboru wody.

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.

Punkt poboru nr 1

Stan na dzień 7 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 NH 4 + – 0,1 – 0 PO 4 3 – 0 – 0

Punkt poboru nr 1

Stan na dzień 16 maja 1) Odczyn wody – ph 7,5 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 – 0,1 – 0 PO 4 3 – 0 NH 4 + – ≤0,05 3) Zawartość tlenu [mg/l] – 60

Punkt poboru nr 1

Stan na dzień 16 maja 4) Występujące organizmy – nartniki, żaby, ślimaki (zatoczek rogowy), larwy komarów, ważki (świtezianka błyszcząca) Stan na dzień 22 maja 5) Temperatura [⁰C] – 19,4 6) Barwa wody – szarozielona 7) Przezroczystość [m] – 0,5 8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1118

Punkt poboru nr 2

Stan na dzień 7 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 NH 4 + – 0,1 – 0 PO 4 3 – 0,5 – ≤0,05

Punkt poboru nr 2

Stan na dzień 16 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 – ≤0,02 – 0 PO 4 3 – 0,5-1,2 NH 4 + – ≤0,05 3) Zawartość tlenu [mg/l] – 100

Punkt poboru nr 2

Stan na dzień 16 maja 4) Występujące organizmy – małże (gałeczka rogowa), ślimaki (błotniarka), dżdżownice Stan na dzień 22 maja 5) Temperatura [⁰C] – 19,4 6) Barwa wody – szarozielona 7) Przezroczystość [m] – 0,40 8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1116

Punkt poboru nr 3

Stan na dzień 7 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 NH 4 + – 0,1 – 0 PO 4 3 – 0,5 – 0,2

Punkt poboru nr 3

Stan na dzień 16 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 – 0,1 – 0 PO 4 3 – 0,5 NH 4 + – ≤0,05 3) Zawartość tlenu [mg/l] – 60

Punkt poboru nr 3

Stan na dzień 16 maja 4) Występujące organizmy – kijanki, nartniki, ważki (świtezianka błyszcząca) Stan na dzień 23 maja 5) Temperatura [⁰C] – 20,5 6) Barwa wody – zgniłozielona 7) Przezroczystość [m] – 0,52 8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 491

Punkt poboru nr 4

Stan na dzień 7 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 NH 4 + – 0,01 – 0 PO 4 3 – 0-0,5 – ≤0,05

Punkt poboru nr 4

Stan na dzień 16 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 – ≤0,02 – 0 PO 4 3 – 0,5 NH 4 + – ≤0,05 3) Zawartość tlenu [mg/l] – 75

Punkt poboru nr 4

Stan na dzień 16 maja 4) Występujące organizmy – pijawki, ślimaki (zatoczek rogowy), larwy chruścików Stan na dzień 23 maja 5) Temperatura [⁰C] – 20,4 6) Barwa wody – szarozielona 7) Przezroczystość [m] – nie można określić, zbyt płytko 8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1124

Punkt poboru nr 5

Stan na dzień 7 maja 1) Odczyn wody – ph 7 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 NH 4 + – 0,1 – 0 PO 4 3 – 0,5 – ≤0,05

Punkt poboru nr 5

Stan na dzień 16 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 – 0,3 – 0 PO 4 3 – 0,5 NH 4 + – ≤0,05 3) Zawartość tlenu [mg/l] – 60

Punkt poboru nr 5

Stan na dzień 16 maja 4) Występujące organizmy – nie zanotowano obecności Stan na dzień 22 maja 5) Temperatura [⁰C] – 21,8 6) Barwa wody – zgniłozielona 7) Przezroczystość [m] – 0,30 8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1875

Punkt poboru nr 6

Stan na dzień 7 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 NH 4 + – ≤0,02 – 0 PO 4 3 – 0 – ≤0,05

Punkt poboru nr 6

Stan na dzień 16 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 – 0,02 – 0 PO 4 3 – 0 NH 4 + – ≤0,05 3) Zawartość tlenu [mg/l] – 75

Punkt poboru nr 6

Stan na dzień 16 maja 4) Występujące organizmy – nie zanotowano obecności Stan na dzień 22 maja 5) Temperatura [⁰C] – 20,3 6) Barwa wody – ciemnozielona 7) Przezroczystość [m] – nie można określić, zbyt płytko 8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 1015

Punkt poboru nr 7

Stan na dzień 7 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 NH 4 + – 0,02 – 0 PO 4 3 – 0,5 – 0,05

Punkt poboru nr 7

Stan na dzień 19 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 – 0,02 – 0 PO 4 3 – 0,5 NH 4 + – ≤0,05 3) Zawartość tlenu [mg/l] – 25

Punkt poboru nr 7

Stan na dzień 19 maja 4) Występujące organizmy – nie zanotowano obecności Stan na dzień 23 maja 5) Temperatura [⁰C] – 20,2 6) Barwa wody – zielonobrązowa 7) Przezroczystość [m] – 0,58 8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 516

Punkt poboru nr 8

Stan na dzień 7 maja 1) Odczyn wody – ph 6 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 NH 4 + – 0 – 0 PO 4 3 – 0 – 0,05

Punkt poboru nr 8

Stan na dzień 19 maja 1) Odczyn wody – ph 8 2) Stężenie jonów [mg/l]:

• • • •

NO 2 NO 3 – 0,3 – 0 PO 4 3 – 0,5 NH 4 + – ≤0,05 3) Zawartość tlenu [mg/l] – 100

Punkt poboru nr 8

Stan na dzień 19 maja 4) Występujące organizmy – wrotki, okrzemki, pantofelki, jednokomórkowe zielenice Stan na dzień 23 maja 5) Temperatura [⁰C] – 20,3 6) Barwa wody – brązowozielona 7) Przezroczystość [m] – nie można określić, zbyt płytko 8) Przewodność elektryczna [µS/cm] – 992

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.

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.

Wykres 1. Stężenie jonów NO

2 w punktach poboru wody w dniu 7 maja.

Wykres 2. Stężenie jonów NO

2 w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.

Wykres 3. Stężenie jonów PO

4 3 w punktach poboru wody w dniu 7 maja.

Wykres 4. Stężenie jonów PO

4 3 w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.

Wykres 5. Stężenie jonów NH

4 + w punktach poboru wody w dniu 7 maja.

Wykres 6. Stężenie jonów NH

4 + w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.

Analiza wyników badań

Jakie znaczenie ma zawarty w wodzie tlen?

Rozpuszczony w wodzie tlen jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania organizmów zamieszkujących środowisko wodne.

Znaczne zmniejszenie jego zawartości w wodzie (przyducha) doprowadzić może do masowego wymierania organizmów (m. in. śnięcie ryb). Tlen potrzebny jest również bakteriom nitryfikacyjnym do opisywanego już wcześniej przekształcania amonu na azotyny i następnie na azotany.

Wykres 7. Stężenie tlenu w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.

Organizmy w punktach poboru

Znalezione organizmy świadczą o dość bogatej florze i faunie występującej w badanych punktach.

Można tu napotkać zarówno płazy, mięczaki, owady, organizmy jednokomórkowe jak i ryby (w głównym nurcie Ślęzy żyją cierniki, ukleje, płocie itp.). Wały porośnięte są gęstą roślinnością, w której dominują trawy. Ponadto występujące w punkcie 4. larwy chruścików świadczą o dobrej jakości wody w tym konkretnym miejscu (larwy te występują wyłącznie w czystej wodzie).

Tabela 1. Organizmy występujące w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja.

Świtezianka błyszcząca – ważka napotkana przy punkcie poboru nr 1 i 3.

Zdjęcie 6. Świtezianka błyszcząca.

Zatoczek rogowy to słodkowodny mięczak. Występuje w punkcie poboru wody nr 1 i 4.

Zdjęcie 7. Zatoczek rogowy .

Analiza wyników badań

Na co wskazuje barwa wody?

Barwa to cecha fizyczna oceniająca wody, wywołana głównie obecnością rozpuszczonych w niej bądź zawieszonych barwnych związków organicznych lub rzadziej związków mineralnych.

W badanych punktach woda ma przeważnie barwę o odcieniach brązu i zieleni. Takie zabarwienie wody może wskazywać obecność substancji organicznych, humusu oraz organizmów unoszących się w toni wodnej (plankton).

O czym świadczy przezroczystość wody?

Przezroczystość, czyli cecha optyczna, rozumiana jako zdolność przepuszczania promieni świetlnych przez warstwę wody.

Odczyt głębokości, na której krążek Secchiego (przyrząd do pomiaru przezroczystości) przestaje być widoczny, świadczy o odległości na którą w głąb wody dociera światło słoneczne. O stopniu przezroczystości decyduje ilość występujących koloidalnych lub zawiesin.

w wodzie cząsteczek

Od czego zależy przewodność elektryczna wody?

Przewodność do jest przewodzenia miarą prądu zdolności wody elektrycznego.

Na przewodność wody wpływ ma obecność jonów rozpuszczonych chemicznych, nieorganicznych takich jak: aniony związków chlorkowe, azotanowe, siarczanowe, fosforanowe (jony obdarzone ładunkiem ujemnym) lub kationy sodu, magnezu, wapnia, żelaza i glinu (jony o ładunku dodatnim).

Przewodność zależy również od temperatury - im cieplejsza woda, tym większa przewodność.

Wykres 8. Przewodność elektryczna w punktach poboru wody w dniach 22-23 maja.

Wnioski

Na podstawie otrzymanych wyników i ich analiz można śmiało stwierdzić, że woda w poszczególnych punktach poboru spełnia wszystkie normy. Żaden z badanych parametrów nie wykracza poza wartości optymalne poza tym występuje tu również wiele organizmów. Wszystkie te czynniki utwierdzają nas w przekonaniu, że teren ten jest niezwykle atrakcyjnym miejscem zarówno dla spacerowiczów jak i wędkarzy.

Źródła

• • • • • •

PWN (2009). Multimedialna Encyklopedia Powszechna PWN 2010. Warszawa: PWN WSiP (2009). Chemia w szkołach

ponadgimnazjalnych. Zakres podstawowy. CD-

ROM dla uczniów. Warszawa: WSiP www.wikipedia.pl

www.slownik.ekologia.pl

www.epa.gov

www.maps.google.pl

Spis zdjęć i rysunków

• • • • • • • • •

Zdjęcie 1. Odra podczas powodzi w 2010 roku widziana z Mostu Milenijnego we Wrocławiu. – zbiory własne Zdjęcie 2. Probówki. – http://en.wikipedia.org/wiki/File:Two_small_test_tubes_held_in_spring_clamps.jpg

Zdjęcie 3. Żaba wodna. – http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Teichfrosch.jpg&filetimestamp=20050 730225407

Zdjęcie 4.

Zapora i elektrownia wodna na rzece Kolorado w stanie Arizona. – http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Hoover_Dam_Nevada_Luftaufnahme.j

pg&filetimestamp=20081024203844 Zdjęcie 5. Mapa z zaznaczonymi punktami poboru wody. – http://maps.google.pl

Zdjęcie 6. Świtezianka błyszcząca. – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pmc_20110611_5117_m.png

Zdjęcie 7. Zatoczek rogowy. – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wasserschnecke002.JPG

Rysunek 1. – WSiP (2009). Chemia w szkołach ponadgimnazjalnych. Zakres podstawowy. CD-ROM dla uczniów. Warszawa: WSiP Rysunek 2. – WSiP (2009). Chemia w szkołach ponadgimnazjalnych. Zakres podstawowy. CD-ROM dla uczniów. Warszawa: WSiP

Spis wykresów i tabel

• • • • • • • • •

Wykres 1.

zbiory własne

Stężenie jonów NO 2 -

w punktach poboru wody w dniu 7 maja. – Wykres 2.

Stężenie jonów NO 2 -

zbiory własne w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. – Wykres 3.

zbiory własne

Stężenie jonów PO 4 3-

Wykres 4.

Stężenie jonów PO 4 3-

zbiory własne w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. – Wykres 5.

zbiory własne

Stężenie jonów NH 4 +

w punktach poboru wody w dniu 7 maja. – w punktach poboru wody w dniu 7 maja. – Wykres 6. Stężenie jonów NH

4 +

zbiory własne w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. – Wykres 7.

zbiory własne Stężenie tlenu w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. – Wykres 8. Przewodność elektryczna w punktach poboru wody w dniach 22-23 maja. –

zbiory własne

Tabela 1. Organizmy występujące w punktach poboru wody w dniach 16-19 maja. –

zbiory własne