Szczecin,16.11.2011r.

Zakład Chemii Fizycznej i Podstaw Ochrony Środowiska

Instytut Chemii i Podstaw Ochrony Środowiska

Fizykochemia Środowiska

Ćwiczenie 41

Oznaczanie zawartości rozpuszczonych ortofosforanów (V) kolorymetryczną metodą molibdenianową z chlorkiem cyny(II)

Opracowały:

Natalia Matkowska

Alicja Kudła

Wstęp teoretyczny :

Fosfor w wodach naturalnych może pochodzić z rozkładu związków organicznych roślinnych lub zwierzęcych, z pól nawożonych nawozami fosforowymi oraz z zanieczyszczeń ściekami przemysłowymi. Fosfor jest głównym powodem pogorszenia jakości wody. Nawet minimalna jego zawartość ( kilka dziesiętnych mg/l) może spowodować groźne zanieczyszczenie.

Znaczenie związków fosforu przy ocenie wody do picia jest podobne jak azotowych i zazwyczaj składniki te występują równolegle. Z tych względów przy badaniu wody do picia oznaczanie związków fosforowych ma drugorzędne znaczenie, tym bardziej że produkty przemiany związków azotowych występują w większych ilościach. Oznaczanie fosforu w wodach powierzchniowych ma duże znaczenie, gdyż fosforany stanowią jeden z podstawowych czynników biogennych, powodujących masowy rozwój glonów i stwierdzenie ich obecności zmusza do śledzenia składu wody i zwalczania zakwitów.

Eutrofizacja naturalnych zbiorników wodnych, w związku z odprowadzaniem do nich takich substancji biogennych, jak związki fosforu i azotu, stanowi wysoce niekorzystne zjawisko. Dużym zagrożeniem dla odbiorników są zwłaszcza znaczne ilości związków fosforu, które dostają się do odbiorników wraz z detergentami. Obecność fosforanów w wodzie wodociągowej lub w wodzie przechowywanej przez pewien czas sprzyja rozwojowi mikroorganizmów i z tych względów fosforany nic są pożądane.

Związki fosforu w środowisku naturalnym ulegają szeregowi przemian, podobnie jak związki azotu, a skutkiem ich obecności w nadmiarze jest zjawisko eutrofizacji zbiorników wodnych. Większość właściwości chemicznych i technologii ograniczania uwalniania fosforu wynika z jego silnego oddziaływania z różnymi koloidami występującymi w środowisku.

Wszystkie formy fosforu występujące w wodzie oznacza się w postaci ortofosforanów, po uprzedniej zamianie w tę postać różnymi metodami podanymi przy badaniu ścieków.

Do oznaczania fosforanów w wodzie najczęściej stosuje się metodę kolorymetryczną z molibdenianem amonu i chlorkiem cyny (II) jako reduktorem. Metoda ta jest stosowana do oznaczania zawartości rozpuszczonych ortofosforanów (V) w wodzie i ściekach w zakresie 0,05-10 mg^.dm^-3, oparta jest na tworzeniu się w środowisku kwaśnym soli amonowej kwasu fosforomolibdenowego o żółtym zabarwieniu, który po redukcji chlorkiem cyny (II) tworzy błękit fosforomolibdenowy. Intensywność zabarwienia jest proporcjonalna do zawartości fosforanów. Oznacza się ją wizualnie lub spektrofotometrycznie. Pomiar prowadzi się przy długości fali 690nm, stosując kuwety o grubości 1cm.

Oznaczanie fosforanów:

Odmierzone zostało 1 cm3 podstawowego roztworu wzorcowego o stężeniu 1 g/dm3 PO₄ do kolby miarowej o poj 100 cm3 oraz dopełnione wodą do kreski. W 1 cm3 tego roztworu znajduje się 0,01 mg PO₄, następnie przygotowana została skala wzorców. Do 6 kolbek miarowych o poj 100 ml odmierzone zostało kolejno 0, 5, 7, 10, 15, 20 cm3 roztworu wzorcowego roboczego i dopełnione wodą re-destylowaną do kreski. Do każdej kolby dodano mieszając po 2 cm3 roztworu molibdenianiu (VI) amonu. Następnie dodano 0,5 cm3 roztworu chlorku cyny (II) i wymieszano. Tak przygotowane wzorce zawierają następujące ilości ortofosforanów (V): 0 ; 0,05 ; 0,07 ; 0,1 ; 0,15 ; 0,2 mg PO₄. Po 10 minutach dokonano pomiaru absorbancji wzorców względem próby kontrolnej na spektrofotometru przy długości fali 690 nm. Na podstawie uzyskanych wyników sporządzono skalę wzorców.

Wykonanie oznaczenia:

pH badanej wody wynosi 5,32

Z przygotowanej próbki wody naturalnej odmierzono 100 cm3. Następnie dodano 2 cm3 molibdenianu amonowego oraz 0,5 cm3 roztworu chlorku cyny (II) następnie wymieszano i dokonano pomiaru absorbancji.

Obliczenia

Nr próbki	Objętość roztworu wzorcowego roboczego [cm^3]	Ilość ortofosforanów (V) [mgPO^-34]	Absorbancja
1	0	0,00	0,100
2	5	0,05	0,312
3	7	0,07	0,371
4	10	0,10	0,496
5	15	0,15	0,628
6	20	0,20	0,831

Absorbancja wody badanej: 0,344

Obliczenie stężenia ortofosforanów w analizowanej próbce wody :

y = 3,5518x + 0,1189

y = 0,344

3,5518 x = 0,344 - 0,1189

x = 0,063 mg PO₄^3-

Zawartość PO
:

X = 0,063 / 0,1 = 0,63 mg PO₄^3- / dm³

Zgodnie z Polską normą ścieki odprowadzane do wód stojących nie powinny zawierać więcej niż 1mg/l fosforu, natomiast ścieki odprowadzone do wód płynących więcej niż 5mg/l. Otrzymana przez nas wartość mieści się w wyznaczonym zakresie norm ścieków odprowadzanych do wód stojących oraz spełnia normy ścieków odprowadzanych do wód płynących.

α_[H3PO4] =

α_[H2PO4-] =

α_{[HPO4 2-]} =

α_{[PO4 3- ]} =

α_[H3PO4] =

α_[H2PO4-] =

α_{[HPO4 2-]} = 3,8*10^-8

α_{[PO4 3- ]} = 7,49*10^-12

α_H3PO4 =

α_H2PO4 =

α_{HPO4 2-} =

α_{PO4 3-} =

[H₃PO₄ ]= 0,96*0,63=0,605

[H₂ PO₄ ^- ]= 0,0320*0,63=0,020

[H PO₄ ^2- ]= 3,8*10^-8 *0,63

[PO₄ ^3-] = 7,49*10^-12*0,63

Całkowite stężenie fosforanów w wodzie:

[H₃PO₄ ] + [H₂ PO₄ ^- ] + [H PO₄ ^2- ] + [PO₄ ^3-] = 0,625mg/dm³. Stężenie odczytane z wykresu wynosi 0,63mg/dm³. Różnica wynika z zaokrągleń stosowanych przez kalkulator.

---