Кейс до уроку «Якісні реакції на деякі йони. Застосування цих реакцій»

Кейс до уроку «Якісні реакції на деякі йони. Застосування цих реакцій»

Інформація до кейсу:

Лікувальними мінеральними водами називаються природні води, які містять в підвищених концентраціях ті чи інші мінеральні (рідше органічні) компоненти й гази і (або) мають які-небудь фізичними властивостями (радіоактивність, реакція середовища та ін), завдяки чому ці води надають на організм людини лікувальну дію в тій чи іншій мірі, яке відрізняється від дії «прісної» води.

З історії застосування мінеральних вод для лікування хвороб

«Мінеральних вод соляних, залізистих, сірчаних, йодистих, вуглекислих і т.д. для лікування недуг існує таке ж безліч, як і піску на дні морському », - писав сто років тому, М. Платний у своєму« Посібнику для життя згідно законів природи, для збереження здоров'я і для лікування без допомоги ліків». Термін «мінеральні води» увійшов до вживання в XVI ст., Проте в побуті частіше вживалося слово «води», причому, так само як і в Давньому Римі «aquae», - у множині. Походження слова «aquae» відноситься до того часу, коли Фалес Мілетський (бл. 624 - бл. 546 рр.. До н.е.) - грецький філософ і математик з Мілета, намагаючись визначити основу матеріального світу, прийшов до висновку про те, що нею є вода. Слово «aqua» - вода, складається з двох грецьких слів - «a» і «qua», буквальний переклад - від якої (мається на увазі omnia constant - все сталося, все складається).

Перша спроба класифікувати мінеральні води за складом належить грецькому вченому Архігену (II в). Він виділяв чотири класи вод: aquae nitrose, aluminose, saline і sulfurose (лужні, залізисті, солоні і сірчисті). Л.А. Сенека виділяв води сірчані, залізні, квасцовий і вважав, що смак вказує на їх властивості. Архиген рекомендував сірчані ванни при подагрі, а при хворобах сечового міхура призначав пиття мінеральних вод до 5 л на день. Він вважав, що достатньо знати склад води, щоб призначити її для лікування. Слід зауважити, що склад води в той час не міг бути відомий навіть приблизно.

Про склад мінеральних вод говорить Г. Фаллопій, автор одного з перших посібників про мінеральні води, що дійшли до наших часів, виданого після його смерті («De thermalibus aquis atque metallis», 1556 р.). Однак склад вод Італії, описаних Фаллопій, був далекий від істинного, оскільки науці XVI ст. ще не були відомі багато хімічні елементи. Справжній прорив у вченні про мінеральні води стався в XVIII ст., Після революційних відкриттів у хімії, які в основному пов'язують з ім'ям А. Лавуазьє. Саме поняття «мінеральні води» (від лат. Minari - рити) формувалося протягом ХІХ-ХХ століть, коли закладалися основи бальнеології (курортології) і наукове обгрунтування використання підземних вод для медичних цілей.

Хімічний склад мінеральних вод

Мінеральні води - складні розчини, у яких речовини містяться у вигляді іонів, недіссоціірованних молекул, газів, колоїдних частинок.

Довгий час бальнеологи не могли прийти до єдиної думки про хімічний склад великої води, оскільки аніони і катіони мінеральних вод утворюють дуже нестійкі сполуки. Як казав Ернст Резерфорд, «іони - це веселі малюки, ви можете спостерігати їх чи не на власні очі».

У німецькій «Курортні книзі», виданій в 1907 р., аналізи вод мінеральних джерел вперше були представлені у вигляді іонних таблиць. Така ж книга про австрійських курортах була видана в 1914 р. Цей тип подання мінеральних вод прийнятий в Європі в даний час. Як приклад наводимо іонний склад вод одного з найпопулярніших джерел французького курорту Віші, відомого з часів Римської імперії - Vichy Celestins (М - 3,325 г. / л; pH - 6,8).

Критерії для віднесення вод до «мінеральним»

Критерії для віднесення вод до «мінеральним» в тій чи іншій мірі відрізняються у різних дослідників. Усіх їх об'єднує походження: то є мінеральні води - це води, здобуті або винесені на поверхню із земних надр. На державному рівні, у ряді країн ЄС законодавчо затверджені певні критерії зарахування вод до категорії мінеральних. У національних нормативних актах щодо критеріїв мінеральних вод знайшли своє відображення гідрогеохімічні особливості територій, які притаманні для кожної країни.

У нормативних актах ряду країн Європи та міжнародних рекомендаціях - «Кодекс Аліментаріус», Директивах Європейського парламенту і Європейської ради для країн - членів ЄС визначення «мінеральні води» набуло більш широкий зміст.

Наприклад, «Кодекс Аліментаріус» дає таке визначення природної мінеральної води: природної мінеральної водою є вода, яка чітко відрізняється від звичайної питної води, так як:

• вона характеризується своїм складом, що включає певні мінеральні солі, в певному їх співвідношенні, і наявністю певних елементів у слідових кількостях або інших компонентів;
• її безпосередньо отримують з природних або пробурених джерел з підземних водоносних шарів, для чого необхідно дотримання всіх запобіжних заходів в межах зони захисту щоб уникнути попадання будь-якого забруднення якого зовнішнього впливу на хімічні, фізичні властивості мінеральних вод;
• вона характеризується постійністю свого складу та стабільністю дебіту, певною температурою і відповідними циклами другорядних природних коливань.

До мінеральних питних вод (відповідно до ГОСТ 13273-88), відносяться води із загальною мінералізацією не менше 1 г / л або при меншій мінералізації, які містять біологічно активні мікрокомпоненти в кількості не нижче бальнеологічних норм.

Питні мінеральні води в залежності від ступеня мінералізації і інтенсивності дії на організм поділяють на лікувально-столові з мінералізацією 2-8 р. / л (винятком є Єсентуки № 4 з мінералізацією 8-10 р. / л) і лікувальні води з мінералізацією 8 - 12 г. / л, рідко вище.

Залежно від розвитку уявлень про склад і властивості природних вод та їх лікувальному значенні протягом багатьох років розроблялися критерії, що дозволяють відносити ту чи іншу воду до мінеральної. Оцінка мінеральних вод проводиться за різними кваліфікаційними показниками. В якості основних критеріїв оцінки лікувальної цінності мінеральних вод в курортології прийняті особливості їхнього хімічного складу і фізичних властивості (показник загальної мінералізації, що переважають іони, підвищений вміст газів, мікроелементів, величина кислотності і температура джерела) які одночасно служать найважливішими показниками для їхньої класифікації.

Основні характеристики мінеральних вод

Мінералізація - сума всіх розчинних у воді речовин - іонів, біологічно активних елементів (виключаючи гази), виражається в грамах на 1 л води. За показником загальної мінералізації (М) розрізняють: слабо мінералізовані (1-2 р. / л), малої (2-5 р. / л), середньої (5-15 р. / л), високої (15-30 р. / л) мінералізації, ропні мінеральні води (35-150 р. / л) і сильноропні (150 р. / л і вище). Для внутрішнього застосування використовують звичайно мінеральні води з мінералізацією від 2 до 20 г. / л. Розсоли та міцні розсоли застосовують для ванн в розведенні, відповідно до відпрацьованими методиками лікування при різних захворюваннях. Ропа - високомінералізовані мінеральні води відкритих водойм (озер, лиманів).

За наявності газів мінеральні води діляться на: вуглекислі (СО ₂₎ - не менше 0,5 г / л вуглекислого газу, азотні (N ₂₎ - не менше 18 р. / л азоту, сірководневі (сульфідні) (H ₂ S) - не менше 10 р. / л вільного сірководню.

Основний хімічний склад мінеральних вод визначається змістом найбільш поширених трьох аніонів - НСО _3, S0 _4, Сl і трьох катіонів - Са, Mg, Na. Співвідношення зазначених шести елементів визначає основні властивості підземних вод - лужність, солоність і жорсткість.

За анионам виділяють три типи мінеральних вод: хлоридні (Cl), гідрокарбонатні (HCO _3), сульфатні (SO ₄₎ і ряд проміжних - гідрокарбонатно-сульфатні, сульфатно-хлоридні, хлоридно-сульфатні і складнішого складу.

За катионам мінеральні води можуть бути натрієвими (Na), кальцієвими (Ca), магнієвими (Mg), або змішаними кальцієво-магнієвими, кальцієво-магнієво-натрієвими і ін

При характеристиці гідрохімічних типів на перше місце ставиться переважаючий аніон. Так, наприклад, прісні води в більшості випадків - гідрокарбонатні кальцієві або гідрокарбонатні кальцієво-магнієві, а солонуваті - можуть бути сульфатними кальцієво-магнієвими.

За змістом мікроелементів розрізняють: залізні води (Fe) - не менше 20 мг / л заліза, миш'яковмісні (As) - не менше 0,7 мг / л миш'яку, кремевмісніі (Si) - не менше 50 мг / л кременистої кислоти, бромисті (Br) - не менше 25 мг / л брому, йодисті (I) - не менше 5 мг / л йоду (часто йодо-бромисті).

За величиною рН виділяють: сильнокислі (рН <3,5), кислі (3,5-5,5), слабокислі (5,5-6,8), нейтральні (6,8-7,2), слаболужні (7 ,2-8, 5), лужні (> 8,5) мінеральні води.

По температурі: холодні - до 20 ° C, теплі (субтермальні) - від 20 до36 ° C, гарячі (термальні) - від 37 до 42 ° C, дуже гарячі (високотермальні, гіпертермальні) - понад 42 ° C.

Поділу мінеральних вод на гіпотонічні і гіпертонічні надавали значення в XIX ст., Залежно від того, наскільки точка замерзання даної мінеральної води перевищує точку замерзання людської крові (- 0,56°C) або ж є більш низькою порівняно з нею. Дуже скоро від цієї ознаки відмовилися.

Велика частина хімічно байдужих вод, ефективність яких була доведена емпірично практичним застосуванням на протязі століть, виявилися радоновими. У багатьох були при більш ретельному хімічному аналізі виділені мікроелементи або органічні речовини, змісту яких у минулому не надавали значення.

Залежно від фізико-хімічних властивостей мінеральних вод і характеру їх впливу на організм виділяють води для зовнішнього застосування і для внутрішнього.

Мінеральні води для зовнішнього використання, як правило, містять підвищену кількість розчинених хімічних речовин або специфічні біологічно активні мікрокомпоненти. Для зовнішнього застосування використовуються також і маломінералізовані термальні води.

Для питного лікування застосовують мінеральні лікувальні та лікувально-столові води. Споживання мінеральних лікувальних і лікувально-столових вод обмежено показаннями до лікувального застосування. Вимоги до якості і безпеки мінеральної лікувальної та мінеральної лікувально-столової води встановлені в ГОСТ 13273-88, СанПиН 2.3.2.1078-2001. Згідно з цими документами до мінеральних вод відносять води, які надають на організм людини лікувальну дію, обумовлене іонно-сольовим та газовим складом, підвищеним вмістом біологічно активних компонентів і специфічними властивостями (радіоактивність, температура, рН середовища).

Вимоги до якості та безпеки питної бутильованої води встановлені в наступних нормативних документах.

Мінеральні води для бальнеотерапії (зовнішнього застосування)

Сульфідні (сірководневі) мінеральні води. Для бальнеотерапії використовуються сірководневі води концентрації H₂S від 10 до 250 мг / л.

Вуглекислі мінеральні води - природні води, що мають різний іонний склад, мінералізацію і температуру і містять не менше 0,75 м. / л вуглекислого газу (двоокису вуглецю - СО2) З лікувальною метою при зовнішньому застосуванні використовуються концентрації вуглекислоти 0,75 - 2,0 г / л.

Хлоридні, натрієві мінеральні води - природні води, що мають різні іонний склад, мінералізацію і температуру з переважанням іонів хлору (Cl^-) і натрію (Na⁺). З лікувальною метою зовнішньо застосовуються води цього класу при концентраціях 10 - 60 р. / л.

Радонові води - Мінеральні води різного складу, які містять радіоактивний газ радон. З лікувальною метою використовуються радонові води з концентрацією радону від 5 до 200 нКи / л.

Йодобромисті води - мінеральні води різного складу, які містять йод (5 мг / л) і бром (25 мг / л) Найчастіше йод і бром присутній у хлоридних натрієвих водах. Залежно від переважання йодидів або бромідів ці води можуть бути можуть бути йод-бромистими, бром-йодистими, бромистими або йодистими. У літературі з бальнеології частіше вживається терміни бромні, йодні, йодобромні і бром-йодні води. Ми вважаємо вживання цих термінів помилковим. Як вже сказано вище, справжній прорив у вивченні мінеральних вод розпочався після революційних відкриттів у хімії, які в основному пов'язують з ім'ям А. Лавуазьє. Бром відкритий в 1825 р. французьким хіміком О.Ж. Баларом при вивченні розсолів середземноморських соляних промислів; названий від грец. Bromos - смердючий. При розчиненні у воді бром частково реагує з нею з утворенням бромистоводневої кислоти і нестійкою бромноватистой кислоти Розчин брому у воді, що володіє неприємним запахом, називається бромної водою. У природі бром присутній головним чином у вигляді іонів, які подорожують разом з грунтовими водами. Бромисті солі натрію, калію, магнію зустрічаються у відкладеннях хлористих солей, в калійних солях - сильвін і карналіті. Йод, галоген також як і бром, погано розчиняється у воді, але добре розчиняється в соляних розчинах з утворенням йодидів. Завдяки хорошій розчинності у воді бромисті і йодисті солі накопичуються в морській воді, ропі соляних озер і підземних розсолах.

Кремнійвмісні мінеральні води - природні води, що мають різний іонний склад, мінералізацію і температуру і містять кремнієву кислоту не менше 50 мг / л. Крем'янисті мінеральні води термальні, зазвичай маломінералізовані, лужні. Характерною особливістю крем'янистих вод є наявність в них газів, головним чином азоту.

Миш'яковмісні мінеральні води мінеральні води - природні води, що мають різний іонний склад, мінералізацію, температуру і зміст 0,7 мг / л і більше миш'яку, у водах для питного лікування не вище 0,2 мг / л. Відносяться до досить рідкісним різновидам мінеральних вод. Миш'яковисті мінеральні води дуже різняться за своїм хімічним і газовим складу. Найвідоміші води цієї групи - вуглекислі миш'яковисті води родовища Гірська Тиса - Закарпатська область, Україна.

Природні води відносяться до факторів малої інтенсивності і діють одночасно на багато органів і системи. У біологічному дії лікувальних і лікувально-столових мінеральних вод виділяється прямий і опосередкований вплив. Під прямою дією слід розуміти вплив мінеральної води на шкіру, слизову оболонку шлунково-кишкового тракту, сечо-і жовчовиділення, а під опосередкованою - дія компонентів мінеральної води на центральну нервову систему і імунокомпетентних органів, які нормалізують діяльність всіх органів і систем організму. Однак, незважаючи на багатогранність впливу лікувальних і лікувально-столових вод на організм, кожна вода має свою неповторну структуру і тонку специфіку дії на організм людини. Таким чином, перш ніж використовувати великий дар природи - мінеральну воду для вживання, слід проконсультуватися з лікарем про вибір конкретної води і про схему її прийому. 

Мінеральні води застосовуються для курортно-санаторного лікування, також як столова вода. Для продажу мінеральна вода розливається в пляшки, часто штучно газується (газована мінеральна вода). Біля джерел мінеральної води іноді влаштовують питні фонтанчики. Найвідоміші води в Україні це: у межах Українських Карпат − (Нафтуся, Свалява, Поляна Квасова та ін.), Українського щита − (Хмільних, Миронівка та ін.), Дніпровсько-Донецької западини − (Миргородська), Моршинська, Збручанська, Трускавецька, Конопківська, Знаменівська, Куяльник.

Порівняльні критерії розподілу мінеральних вод

Завдання до кейсу:

1. Проаналізувати теоритичні відомості
2. Дайте відповіді на запитання
3. Виконайте практичні завдання

Завдання група 1:  Вам видані зразки води, взятої з різних джерел (вони вказані на етикетках). Імовірно в них містяться іони: Fe^{2 +}, Fe^{3 +} , Zn^{2 +} ,Cu^{2 +} , Pb^{2 +} . Складіть план їх визначення. Запропонуйте способи очищення води від цих іонів. Які будуть ваші дії, якщо концентрація зазначених іонів в зразках буде занадто високою (значно перевищувати ГДК)?

Завдання група 2: Вам видані зразки води, взятої з різних джерел (вони вказані на етикетках). Імовірно в них містяться іони: CL^-, SO₄^2-, HCO₃^-, S^2- Складіть план їх визначення. Запропонуйте способи очищення води від цих іонів. Які будуть ваші дії, якщо концентрація зазначених іонів в зразках буде занадто високою (значно перевищувати ГДК)?

Інтернет джерела

Source: http://kurort.gov.ua/index.php/uk/vodi-ukrajini/52-shcho-take-mineralna-voda

http://www.visnuk.com.ua/ua/pubs/id/4085