Oznaczenie utlenialności (indeksu nadmanganianowego)

roztworów wodnych

Cel:

Oznaczenie utlenialności otrzymanych próbek wody w oparciu o PN-EN ISO 8467, lipiec 2001. Jakość wody. Oznaczenie indeksu nadmanganianowego.

Wprowadzenie:

Utlenialność (ChZT) - chemiczne zapotrzebowanie tlenu, określa zawartość w wodzie substancji utleniających się nadmanganianem potasu (manganianem (VII) potasu) KMnO₄ i wyrażone w mg O₂ /dm³ badanej wody.

Indeks nadmanganianowy wody definiujemy jako: Stężenie masowe tlenu równoważne ilości jonu nadmanganianowego zużywanego podczas reakcji próbki wody z tym utleniaczem, w określonych warunkach.

Służy umownie do określenia substancji organicznych zawartych w wodzie. Oznacza się ją kilkoma metodami. Wartość ChZT oznaczana metodą nadmanganianową (indeks nadmanganianowy) jest umowna, gdyż tylko ok. 60% substancji organicznych zawartych w wodzie ulega utlenieniu. Związki redukujące, takie jak sole żelaza (II), azotany(III) lub siarkowodór mogą wpływać na wartość indeksu nadmanganianowego, lecz nie są klasyfikowane jako zanieczyszczenia. W indeksie nadmanganianowym nie uwzględnia się substancji lotnych, które odparowują przed dodaniem nadmanganianu potasu. Metody tej nie zaleca się do określenia ładunku substancji organicznych w ściekach. Metodę stosuje się do badania wód zawierających chlorki w stężeniach poniżej 300 mg/dm³.

Próbki o indeksie nadmanganianowym przewyższającym 10 mg O₂/dm³ rozcieńcza się przed analizą. Najmniejsza oznaczalna wartość w optymalnym zakresie metody wynosi 0,5 mg O₂/dm³. Utlenialność (indeks nadmanganianowy) wody do picia nie powinna przekraczać 3mg O₂/dm³.

Najczęściej oznaczanie utlenialności przeprowadza się w środowisku kwaśnym. Do próbki wprowadza się znaną ilość manganianu(VII) potasu i przeprowadza reakcję utlenienia w temperaturze wrzenia. Następnie wprowadza się nadmiar szczawianu sodu, który reaguje z pozostałym po reakcji manganianem(VII) potasu. Pozostały szczawian sodu odmiareczkowuje się manganianem(VII) potasu.

2 MnO₄^- + 5 Na₂C₂O₄ + 16 H⁺ = 2 Mn²⁺ + 10 Na⁺ + 10 CO₂ + 8 H₂O

WYKONANIE DOŚWIADCZENIA

Odczynniki

• mianowany roztwór manganianu(VII) potasu o stężeniu 0,002 moli KMnO₄/dm³

• mianowany roztwór szczawianu sodu o stężeniu 0,005 moli Na₂C₂O₄/dm³,

• roztwór kwasu siarkowego(VI) (1 cz. obj. kwasu + 3 cz. obj. wody destylowanej, czyli roztwór o stężeniu 1:3).

Przyrządy i szkło laboratoryjne

• łaźnia wodna,

• biureta o pojemności 10 ml

• pipety miarowe o pojemności 5ml, 25ml

• kolbki o pojemności 50 ml.

Sposób postępowania

Należy przeprowadzić równolegle, co najmniej dwa oznaczenia dla trzech badanych wód i wody destylowanej.

Wykonanie próby podstawowej

1. Do kolbki o pojemności 50 cm³ odmierzyć pipetą 25,0 cm³ badanej wody.

2. Do wody dodać:

1. 5,0 cm³ H₂SO₄ (1:3), zawartość probówki wymieszać łagodnym ruchem kolistym,

2. 5,0 cm³ 0,002 molowego roztworu KMnO₄- odmierzając biuretą, wstawić do wrzącej łaźni wodnej i ogrzewać przez 10 minut.

3. Po wyjęciu probówek z łaźni natychmiast odpipetować do nich po 5,0 cm³ 0,005 molowego roztworu Na₂C₂O₄ i odczekać do zaniku zabarwienia roztworu.

4. Zamieszać i do gorącego roztworu dodawać z biurety (miareczkować) roztwór KMnO₄ aż do powstania słabo różowego zabarwienia utrzymującego się przez 1 - 2 minuty.

5. Zapisać objętość roztworu KMnO₄ do arkusza wyników. Zużycie roztworu KMnO₄ powinno wynosić od 2 do 8 cm³. O ile warunek ten nie jest spełniony, oznaczenie powtórzyć stosując próbkę o odpowiednio skorygowanej objętości. Obliczyć średnią arytmetyczną.

Reakcja Na₂C₂O₄ z nadmiarem KMnO₄ jest konkurencyjna w stosunku do reakcji utleniania związków utlenialnych w czasie ogrzewania próbki. Pozostający nadmiar szczawianu sodu jest ilościowo równy ich zawartości w próbce.

Wykonanie próby ślepej

Równolegle z oznaczeniem należy wykonać próbę ślepą, postępując identycznie, lecz zastępując badana próbkę wody 25 ml wody destylowanej. Zanotować objętość V₀ zużytego roztworu nadmanganianu potasu.

Wykonanie oznaczenia miana nadmanganianem potasu w równowadze ze stężeniem szczawianu sodu

Do zmiareczkowanego roztworu pozostałego po wykonaniu ślepej próby dodać 5 ml roztworu 0,005M szczawianu sodu. Roztwór ponownie ogrzać do temperatury 80^0C i miareczkować roztworem nadmanganianem potasu do pojawienia się różowego zabarwienia, utrzymującego się przez ok. 2 s. Zanotować objętość V₂ zużytego roztworu nadmanganianu potasu.

Indeks nadmanganianowy (utlenialność) - I_Mn wyrażony w miligramach tlenu na litr należy obliczyć korzystając z wyrażenia:

gdzie:

V_o - objętość roztworu KMnO₄ zużyta w ślepej próbie, [ml]

V₁ - objętość roztworu KMnO₄ zużyta do miareczkowania, badanej próbki, [ml]

V₂ - objętość roztworu KMnO₄ zużyta do miareczkowania, wykonywanego przy mianowaniu roztworu, [ml]

f - współczynnik przeliczeniowy na tlen obliczany według wzoru:

V₄ - objętość roztworu szczawianu sodu zużytego przy oznaczeniu ślepej próby w powyższym oznaczeniu wynosi 5 mililitrów

- stężenie roztworu szczawianu sodu = 5mmol/l

1000 - w liczniku współczynnik przeliczeniowy c(Na₂C₂O₄) z mmol/l na mol/l

M_O - masa molowa stosowana do przeliczenia na masę tlenu (w tej reakcji wynosi 16)

V₅ - użyta objętość badanej próbki (w tym przypadku wynosi 25ml)

1000 - w mianowniku współczynnik przeliczeniowy, zmierzonej wartości próbki na 1 litr objętości próbki

Wyniki zestawić w tabelce.

Mierzona wielkość jednostka	Wartości powtórzeń		Wartość średnia
V0 - [ml]
V1 - [ml] I woda
V1 - [ml] II woda
V1 - [ml] III woda
V2 - [ml]
f
V4 - [ml]	5
V5 - [ml]	25
	5 mmol/l
Mo [mg/l]	16

Podstawą do uzyskania zaliczenia ćwiczenia jest prawidłowe wypełnienie poniższej tabelki i wykonanie obliczeń oraz napisanie reakcji zachodzących podczas wykonywania oznaczenia indeksu nadmanganianowego.

---