1. Лабораторна робота № 2
ВИЗНАЧЕННЯ РОЗЧИНЕНОГО КИСНЮ МЕТОДОМ ВИНКЛЕРА
Мета роботи: навчитися визначати вміст розчиненого кисню.
Завдання для виконання роботи
Визначення вмісту кисню в водопровідній та в річковій природній воді.
Загальні відомості
У поверхневих водах суходолу завжди містяться розчинені гази, які надходять
у воду за її контакту з атмосферним повітрям і внаслідок перебігу фізико-
хімічних та біологічних процесів. Найважливішими серед них з еколого-
токсикологічного погляду є кисень, діоксид вуглецю і сірководень. Інші гази,
такі як метан, хлор тощо, потрапляють у природні води за специфічних умов, їх
визначають під час спеціальних досліджень.
Кисень
Головними джерелами надходження кисню в поверхневі води суходолу є
фотосинтетична діяльність водяних організмів та абсорбція з атмосфери.
Фотосинтетичне продукування кисню відбувається в поверхневому шарі
водойми, товщина якого залежить від прозорості води і коливається від кількох
десятків сантиметрів до кількох десятків метрів. Кисень з атмосфери ад-
сорбується на поверхні водойми, процес інтенсифікується зі зниженням тем
ператури й підвищенням атмосферного тиску. Кисень надходить у водойми
також із дощовими водами, які ним пересичені.
Споживання кисню, тобто зменшення його концентрації у природних водах,
пов'язано з хімічними й біохімічними процесами окиснення органічних та
деяких неорганічних речовин (Fе2+
, Мn2+
, NH4
+
, NO2
-
, Н2S, СН4, Н2 тощо).
Швидкість споживання кисню зростає з підвищенням температури, збіль-
шенням кількості бактерій та інших водяних організмів, які піддаються хі-
мічному й біологічному окисненню.
Розчинений кисень у поверхневих водах міститься у вигляді молекул 02.
Залежність розчинності кисню від температури в дистильованій воді за нор-
мального тиску наведено в табл. 2.1. Розчинність кисню за нормального тиску
називають нормальною концентрацією. Насичення води киснем, яке відповідає
нормальній концентрації, взято за 100%. Концентрацію розчиненого кисню
виражають у мг 02/дм3
або у відсотках насичення, яке обчислюють за рівнянням
O2% = (2.1)
де Сх — концентрація кисню, визначена експериментально, мг 02/дм3
; Со —
нормальна концентрація за певної температури, яку визначають за даними табл.
2.1, мг 02/дм3
; Р — атмосферний тиск у момент проведення аналізу, мм рт.ст.
2. У поверхневих водах суходолу концентрація розчиненого кисню може змі-
нюватись від 0 до 14 мг О2/дм3
залежно від інтенсивності двох протилежно
спрямованих процесів — надходження і споживання — і як правило не пере-
вищує 100%-го насичення. Однак за інтенсивного фотосинтезу, зокрема під час
«цвітіння» води, у поверхневому шарі насиченість води киснем може
перевищувати 100 %.
У незабруднених водах концентрація розчиненого кисню влітку вища, ніж
взимку, а в поверхневих шарах вища, ніж у придонних. Глибинна стратифікація
залежить і від інтенсивності перемішування водних мас. Вона спостерігається у
великих річках, озерах, водоймах, ставках — особливо в штильову погоду.
Оскільки основним постачальником кисню в поверхневі води є фотосинтез
водяними рослинами» то найбільше насичення води киснем спостерігається
близько 14 - 15, особливо в сонячну погоду, а найменше — близько 4 - 6-ї
години.
Таблиця 2.1. Залежність нормальної концентрації кисню (Со) у воді
від температури (за атмосферного тиску 760 мм рт. ст.)
Тем Вміст розчиненого кисню, мг О2/дм3
пера
тура,
°С
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0 14,65 14,61 14,57 14,53 14,49 14,45 14,41 14,37 14,33 14,29
1 14,25 14,21 14,17 14,13 14,09 14,05 14,02 13,98 13,94 13,90
2 13,86 13,82 13,79 13,75 13,71 13,68 13,64 13,60 13,56 13,53
3 13,49 13,46 13,42 13,38 13,35 13,31 13,28 13,24 13,20 13,17
4 13,13 13,10 13,06 13,03 13,00 12,96 12,93 12,89 12,86 12,82
5 12,79 12,76 12,72 12,69 12,66 12,52 12,59 12,56 12,53 12,49
6 12,46 12,43 12,40 12,36 12,33 12,30 12,27 12,24 12,21 12,18
7 12,14 12,11- 12,08 12,05 12,02 11,99 11,96 11,93 11,90 11,87
8 11,84 11,81 11,78 11,75 11,72 11,70 11,67 11,64 11,61 11,58
9 11,55 11,52 11,49 11,47 11,44 11,41 11,38 11,35 11,33 11,30
10 11,27 11,24 11,22 11,19 11,16 11,14 11,11 11,08 11,06 11,03
11 11,00 10,98 10,95 10,93 10,90 10,87 10,85 10,82 10,80 10,77
12 10,75 10,72 10,70 10,67 10,65 10,62 10,60 10,57 10,55 10,52
13 10,50 10,48 10,45 10,43 10,40 10,38 10,36 10,33 10,31 10,28
14 10,26 10,24 10,22 10,19 10,17 10,15 10,12 10,10 10,08 10,06
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
9,82
9,61
9,40
9,21
9,02
8,84
8,67
8,50
8,33
8,18
8,02
7,87
7,72
7,58
7,44
9,79
9,58
9,38
9,19
9,00
8,82
8,65
8,48
8,32
8,16
8,01
7,86
7,71
7,56
7,42
9,77
9,56
9,36
9,17
8,98
8,81
8,63
8,46
8,30
8,14
7,99
7,84
7,69
7,55
7,41
9,75
9,54
9,34
9,15
8; 97
8,79
8,62
8,45
8,29
8,13
7,98
7,83
7,68
7,54
7,40
9.73
9,52
9,32
9,13
8,95
8,77
8,60
8,43
8,27
8,11
7,96
7,81
7,66
7,52
7,38
9,71
9,50
9,30
9,12
8,93
8,75
8,58
8,42
8,25
8,11
7,95
7,80
7,65
7,51
7,37
9,69
9,48
9,29
9,10
8,91
8,74
8,56
8,40
8,24
8,08
7,93
7,78
7,64
7,49
7,35
9,67
9,46
9,27
9,08
8,90
8,72
8,55
8,38
8,22
8,07
7,92
7,77
7,62
7,48
7,34
9,65
9,44
9,25
9,06
8,88
8,70
8,53
8,37
8,21
8,05
7,90
7,75
7,61
7,47
7,32
9,63
9,42
9,23
9,04
8,86
8,68
8,52
8,35
8,19
8,04
7,89
7,74
7,59
7,45
7.31
3. Розчинність кисню у воді залежить не тільки від її температури, а й
мінералізації води:
Температура, °С 0 10 20 30
Зменшення
розчинності,
мг 02/дм3
на кожні
1000 мг солей
0,08405 0,06217 0,04777 0,04885
Коливання вмісту кисню у воді упродовж доби може досягати 2 – 4 мг 02/дм3
.
Тому для характеристики кисневого режиму певного водного об'єкта потрібно
проводити серійний аналіз, відбирати проби води з різних глибин, у різних
точках акваторії та в різні години доби.
Для визначення вмісту кисню в природних водах запропоновано багато
методів, які ґрунтуються на різних принципах. Для систематичного контролю
вмісту кисню в поверхневих водах суходолу рекомендовано титриметричний
йодометричний (за Вінклером) та електрохімічний методи.
Йодометричне визначення
Йодометричне визначення кисню проводять у два етапи: фіксують розчинений
кисень відразу на місці відбирання проби води і титрують пробу; титрування
можна виконувати через деякий час після фіксування, але не пізніше ніж через
1 добу. Метод використовують для аналізу незабарвлених або слабко
забарвлених вод із вмістом кисню не менш як 0,05 мг 02/дм3
.
Принцип методу. Метод ґрунтується на взаємодії розчиненого у воді кисню з
гідроксидом мангану в лужному середовищі:
2Мn(ОН)2↓ + 02 = 2МnО(ОН)2↓.
При цьому розчинений кисень фіксується. Далі, під час розчинення осаду
МnО(ОН)2 в кислоті (рН < 1) за надлишку йодиду калію, виділяється йод,
кількість якого еквівалентна вмісту розчиненого кисню:
МnО(ОН)2↓ + 2КІ + 2Н2S04 = МnSО4 +І2 + К2S04 + 3H20.
Йод, що виділився, титрують розчином тіосульфату натрію за наявності
крохмалю як індикатору:
І2 + 2Nа2S203 = 2NаІ + Nа2S406.
За об'ємом витраченого на титрування розчину тіосульфату натрію обчислюють
вміст кисню у воді.
Визначенню кисню цим методом заважають великі кількості суспендованих
часточок (зависей). Їх видаляють добавлянням до 1 дм3
проби води перед
фіксуванням кисню 10 см3
10%-го розчину алюмокалієвого галуну і 2 см3
концентрованого розчину аміаку. Після відстоювання пробу за допомогою
сифона переносять у кисневу склянку. Якщо проба містить органічні зависі, що
погано осідають, то її прояснюють. Для цього відразу після відбирання до 1дм3
проби води добавляють 10 см3
суміші розчинів сульфамінової кислоти і
хлориду ртуті (32 г сульфамінової кислоти розчиняють у 450 см3
бідистильо-
ваної води; 54 г хлориду ртуті розчиняють при нагріванні у 450 см3
бідисти-
льованої води; обидва розчини змішують і доводять об'єм бідистильованою
водою до 1 дм3
).
4. Якщо у пробі води вміст нітритного азоту перевищує 0,05 мг N/дм3
, то перед
розчиненням осаду МnО(ОН)2 у кислоті в склянку вносять кілька крапель 5%-
го розчину азиду натрію або 40%-го розчину сульфамінової кислоти чи
сечовини.
Якщо вміст заліза(ІІІ) понад 1 мг Fе/дм3
, то до проби перед розчиненням
гідроксидів у кислоті добавляють 1 см3
40%-го розчину фториду калію. Після
підкислення проби швидко відтитровують йод, який виділився.
Установки, прилади, лабораторний посуд, реактиви
Калібрування кисневих склянок. Суху склянку з пробкою зважують з
точністю до 0,01 г, заповнюють її по вінця дистильованою водою, закривають
пробкою так, щоб не залишилося бульбашок повітря, витирають досуха і знову
зважують. Об'єм склянки V1 (см3
) обчислюють за рівнянням:
V1 =
де m1 — маса склянки з водою, г; m2 — маса пустої склянки, г; d — густина
води за температури зважування, г/см3
(за температур 15, 20 і 25 °С сі відпо-
відно дорівнює 0,998; 0,997 і 0,996 г/см3
).
Реактиви
Розчин хлориду мангану(ІІ): 210 г МСІ2·4Н20, х.ч., розчиняють у 200 см3
дистильованої води. Розчин фільтрують і доводять об'єм до 500 см3
дистильованою водою. Замість МnСІ2·4Н20 можна брати МnS04·4Н20 В кількості
240 г або МnS04·2Н20 в кількості 200 г.
Лужний розчин йодиду: 15,0 г КІ, х.ч., або 13,6 г КаІ, х.ч., розчиняють у 20 см3
дистильованої води, а також 50 г КаОН, х.ч., або 70 г КОН, х.ч., розчиняють у
50 см3
дистильованої води. Отримані розчини змішують у мірній колбі і
доводять об'єм дистильованою водою до 100 см3
. Якщо розчин виявиться
каламутним, його фільтрують крізь скляну вату або відстоюють упродовж 15 -
20 діб. Лужний розчин йодиду зберігають у закритій пробкою склянці з
темного скла в темному місці.
Щоб перевірити придатність розчину для використання, 2 см3
його вносять у
колбу, в якій міститься 100 см3
дистильованої води і 5 см3
розбавленого (1 : 4)
розчину сірчаної кислоти. Після добавляння 5 см3
розчину крохмалю синє
забарвлення має бути відсутнім.
Розчин сірчаної кислоти (1 : 4): до 400 см3
дистильованої води добавляють
невеликими порціями при перемішуванні 100 см3
концентрованої Н2SО4, х.ч.
Розчин крохмалю: 0,5 г розчинного (рисовий, пшеничний, маїсовий) крохмалю
розчиняють у 100 см3
холодної дистильованої води і нагрівають при
перемішуванні до кипіння. Щоразу перед роботою готують свіжий розчин
крохмалю.
Розчин дихромату калію, 0,02 моль-екв/дм3
: 0,980 ± 0,001 г К2Сr2О7, х.ч.,
висушеного при 180 - 200 °С упродовж 1,5 - 2 год, розчиняють у дистильованій
воді й доводять об'єм розчину до 1 дм3
у мірній колбі.
Розчин тіосульфату натрію, 0,02 моль-екв/дм3
: 2,5 г Nа2S203·5Н20 розчиняють в
1 дм3
дистильованої води, яку попередньо кип'ятять упродовж 1,5 год і
охолоджують до кімнатної температури. Зберігають у склянці з темного скла.
5. Концентрацію розчину перевіряють щотижня. Для цього в конічну колбу
місткістю 250 см3
наливають приблизно 100 см3
дистильованої води, всипають
1 г сухого КІ, після його розчинення добавляють піпеткою точно 15 см3
розчину
К2Сr2О7 концентрацією 0,02 н і 5 см3
Н2SО4 (1 : 4). Ретельно перемішують і
титрують розчином тіосульфату натрію до появи світло-жовтого забарвлення.
Після цього добавляють 1 см3
розчину крохмалю і продовжують титрувати до
зникнення синього забарвлення.
Концентрацію тіосульфату С1 (моль-екв/дм3
) обчислюють за рівняннм
С1=
С2 — концентрація розчину К2Сr2О7, моль-екв/дм3
; V2 — об'єм розчину дихромату калію,
взятий на титрування, см3
; V2 — об'єм розчину тіосульфату натрію, витрачений на
титрування, см3
.
Порядок виконання роботи
Кисневу склянку 2-3 рази споліскують досліджуваною природною водою і
заповнюють пробою води по вінця так, щоб на внутрішній поверхні склянки не
залишилося бульбашок повітря. Потім у склянку окремими піпетками вносять 1
см3
розчину хлориду мангану та 1 см3
лужного розчину йодиду калію. Піпетку
занурюють до половини висоти посудини і в міру витікання розчину піпетку
підіймають. Потім посудину швидко закривають пробкою так, щоб не
залишилося бульбашок повітря, і її вміст перемішують. При цьому утворюється
осад гідроксиду мангану (II), який частково окислюється до бурого осаду
МnО(ОН)2 розчиненим у воді киснем. Осад залишають відстоюватись не менше
ніж 10 хв, але не довше, ніж на 1 добу. Потім піпеткою добавляють 5 см3
розчину сірчаної кислоти, зануривши її майже до поверхні осаду. В міру
витікання розчину піпетку повільно підіймають так, щоб не скаламутити осад.
Частина прозорого розчину, який при цьому виливається зі склянки, не впливає
на результати аналізу. Посудину закривають пробкою і ретельно перемішують.
При цьому йодид окислюється до йоду, а осад гідроксиду мангану розчиня-
ється.
Піпеткою відбирають 50 см3
розчину, переносять його у конічну колбу міст-
кістю 250 см3
і - титрують тіосульфатом, доки розчин не набуде світло-жовтого
забарвлення. Потім добавляють 1 см3 свіжоприготовленого розчину крохмалю і
продовжують титрування до зникнення синього забарвлення.
Вміст розчиненого кисню Сх (мг О2/дм3
) обчислюють за рівнянням
Сх =
де С — концентрація розчину тіосульфату натрію, моль-екв/дм3
; V — об'єм
розчину тіосульфату натрію, витраченого на титрування, см3
; V1 — об'єм кис-
невої склянки, в яку відбирали воду, см3
; 2 — об'єм води, що вилився під час
фіксування розчиненого кисню, см3
; М — молярна маса еквівалента кисню (M
O2=8,00)
Ступінь насичення води киснем у відсотках обчислюють за рівнянням (2.1).
6. Опрацювання результатів
Дані визначень заносять в зошит для лабораторних робіт з вказівкою виду води.
Аналіз одержаних результатів
Висновок за результатами____________________________________________________________
7. Опрацювання результатів
Дані визначень заносять в зошит для лабораторних робіт з вказівкою виду води.
Аналіз одержаних результатів
Висновок за результатами____________________________________________________________
