Визначення окиснюваності води

Лабораторна робота

Показник окиснюваності води дає можливість оцінити сумарний вміст у воді органічних і легкоокислюваних неорганічних домішок (наприклад, сірководень, сульфіти, залізо (II) й ін.).

Органічні речовини надходять до водоймищ із зливовими та поталими водами, у результаті розмиву русел річок, зі стічними водами, а також за рахунок розвитку у воді рослинних та тваринних організмів. У зв'язку з тим, що окиснюваність поверхневих вод пояснюється головним чином наявністю органічних речовин, визначення окиснюваності, тобто кількості кисню, необхідного для окислення домішок у даному об'ємі води, є одним з непрямих методів визначення органічних речовин у воді.

Найменшою величиною окиснюваності (~ 2 мг O₂/дм³) характеризуються артезіанські води. Окиснюваність ґрунтових вод залежить від глибини їх залягання. Ґрунтові незабруднені води мають окиснюваність, близьку до окиснюваності артезіанських вод. Окиснюваність чистих озерних вод у середньому складає 5 – 8 мг/дм³ кисню; у річковій воді вона коливається у широких межах, доходячи до 60 мг/дм³ і більше. Високою окиснюваністю води відрізняються річки, басейни яких розташовані у болотистих місцевостях. У болотних водах окиснюваність досягає величин ~ 400 мг O₂/дм³.

Окиснюваність природних, особливо поверхневих вод, не є постійною величиною. Зміна хімічної характеристики речовин, що надходять до води, змінює величину її окиснюваності. Підвищена окиснюваність води свідчить про забруднення джерела і вимагає застосування відповідних заходів по його охороні при використанні для водопостачання. Раптове підвищення окиснюваності води служить ознакою забруднення її стічними водами, тому величина окиснюваності – важлива гігієнічна характеристика води. Для питної води не лімітується, але вона обмежується для живильної води котлів, так як викликає її спінення, обмежується для охолоджуючої води із-за можливого біообрастання труб й апаратури, лімітується для води, що використовується при виготовленні синтетичних волокон, пластмас й ін.

У залежності від окислювача, що використовується (K₂Cr₂O₇, KMnO₄) розрізняють перманганатну та дихроматну окиснюваність.

Перманганатна окиснюваність визначається у поверхневих малозабруднених водах, джерела якої частіше за все служать для питних цілей. Цей метод не дозволяє визначити вміст усіх органічних речовин, що містяться у воді, оскільки перманганат калію звичайно окислює тільки ~ 50 % усіх органічних сполук. Метод використовується для порівняльної оцінки окиснюваності води у різних точках водоймища або у різні пори року.

Найбільш повне окислення (90 – 95 %) органічних речовин, що містяться у воді, досягається при заміні перманганату дихроматом калію (дихроматна окиснюваність). Високий ступінь окислення, що досягається при цьому методі, дозволяє застосовувати його для кількісного визначення органіки у воді.

Додаткові відомості про характер органічних сполук, що вміщуються у воді, можна отримати, порівнюючи відношення колірності й окиснюваності. Підвищене значення цього відношення свідчить про перевагу у воді стійких гумусових речовин болотного походження, знижене – про гумусові речовини планктонного походження. Середні значення характерні для ґрунтових гумусових речовин.

Таким чином, визначення окиснюваності є не тільки способом встановлення концентрації органічних речовин, але у сполученні з іншими показниками, наприклад, з колірністю, може служити і методом визначення їх походження.

Перманганатний метод

Визначення окиснюваності води по цьому методу здійснюється у кислому середовищі при вмісті у воді хлоридів до 300 мг/дм³.

Перманганат калію реагує з відновниками, що присутні у воді:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5ē ® Mn²⁺ + 4H₂O. (.1)

Надлишок перманганату калію реагує з щавлевою кислотою, що вводиться до розчину:

2MnO₄^- + 5C₂O₄^2- + 16H⁺ ® 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O. (.2)

Щавлева кислота, що не вступила до реакції, відтитровується перманганатом калію за рівнянням (.2).

Реактиви

Щавлева кислота H₂C₂O₄×2H₂O, концентрація еквіваленту 0,01 моль/дм³ (0,6303 г висушеної на фільтрувальному папері щавлевої кислоти розчиняють у мірній колбі місткістю 1 дм³ у невеликій кількості дистильованої води, підкисленої 1 мл H₂SO₄ (1: 3), потім об'єм розчину доводять до мітки (розчин А).

Сірчана кислота (1: 3).

Перманганат калію KMnO₄, концентрація еквіваленту 0,01 моль/дм³ (0,32 г KMnO₄ розчиняють в 1 дм³ води (розчин Б).

Встановлення титру розчину перманганату калію

Безпосередньо після визначення окиснюваності до 100 мл дистильованої води додають 5 мл H₂SO₄ (1: 3), 1 мл розчину H₂C₂O₄ (розчин А), нагрівають до кипіння та титрують розчином перманганату калію (розчин Б) до з'явлення дуже слабкого рожевого забарвлення. Додають у воду точно 10 мл розчину щавлевої кислоти (розчин А) і знову титрують розчином Б до з'явлення блідо-рожевого забарвлення.

Коефіцієнт титру обчислюють за формулою

(.3)

де V – об'єм розчину Б, що пішов на титрування 10 мл розчину А.

Хід визначення

Визначення перманганатної окиснюваності здійснюють при нагріванні. 100 мл досліджуваної води поміщають до конічної колби місткістю 250 мл, додають 5 мл розчину сірчаної кислоти (1: 3), точно 10 мл розчину перманганату калію (розчин Б), накривають колбу годинниковим склом, нагрівають до кипіння, попередньо опустивши до колби декілька скляних капілярів. Після 10 хв. кип'ятіння (від початку закипання) колбу знімають з нагрівального приладу, вносять у неї точно 10 мл розчину щавлевої кислоти (розчин А) і перемішують уміст колби колоподібним збовтуванням. Знебарвлений гарячий розчин титрують розчином перманганату калію (розчин Б) до з'явлення слабко-рожевого забарвлення.

Розрахунок

Окиснюваність води перманганатом калію визначають за формулою:

(.4)

де V₁ – загальний об'єм розчину перманганату калію, доданий до проби при визначенні, мл;

V₂ – об'єм розчину перманганату калію, що йде на окислення органічних речовин у дистильованій воді, введеній до проби для розведення досліджуваної води, мл;

V₃ – об'єм розчину перманганату калію, що йде на окислення 10 мл розчину щавлевої кислоти, мл;

K – коефіцієнт титру розчину перманганату калію;

0,32 – маса KMnO₄ (мг), що міститься в 1 мл його розчину концентрації еквіваленту 0,01 моль/дм³;

V₄ – об'єм досліджуваної води.

Дихроматний метод

Дихромат калію, розчинений у сірчаній кислоті, діє як сильний окислювач:

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6ē ® 2Cr²⁺ + 7H₂O. (.5)

При цьому окислення більшості органічних речовин іде до утворення CO₂, H₂O та N₂. Окиснюваність дихроматним методом називають хімічним споживанням кисню (ХСК).

Реактиви

Сірчана кислота, густина 1,84 г/см³.

Дихромат калію, K₂Cr₂O₇ (12, 259 г K₂Cr₂O₇ розчиняють у дистильованій воді.

Дифеніламін, 1 %-вий розчин у концентрованій сірчаній кислоті.

Сіль Мора, 0,5 M розчин (98 г солі Мора розчиняють у дистильованій воді, додають 20 мл концентрованої сірчаної кислоти й об'єм доводять до 1 л. Встановлюють титр цього розчину за дихроматом калію. 25 мл титрованого розчину дихромату калію розчиняють водою до 250 мл, приливають 20 мл концентрованої сірчаної кислоти та дають охолонути. Потім титрують розчином солі Мора у присутності дифеніламіну (3 – 4 краплі).

Хід аналізу

Відібрану пробу води (50 мл) переносять до круглодонної колби місткістю 300 мл, додають 25 мл розчину дихромату калію, вливають (дуже обережно!) 75 мл концентрованої сірчаної кислоти малими порціями, ретельно перемішуючи після додавання кожної порції. Для рівномірного кип'ятіння у суміш поміщають декілька скляних кульок або паличок; кип'ятять суміш у витяжній шафі на протязі 20 хв. на слабкому вогні, охолоджують та переносять до конічної колби місткістю 500 мл. У розчин вводять 3 – 4 краплі дифеніламіну, потім надлишок дихромату відтитровують розчином солі Мора до переходу золотаво-жовтого відтінку в смарагдово-зелений.

Розрахунок

Окиснюваність дихроматним методом (ХСК) розраховують за формулою:

(.6)

де V₁ – об'єм розчину солі Мора, витрачений на титрування проби води, мл;

V₂ – об'єм того ж розчину, витрачений на титрування у холостому досліді (дистильована вода), мл;

C – концентрація титрованого розчину солі Мора, моль/л;

V – об'єм проби води, взятої для визначення, мл;

8 – еквівалент кисню, рівний 1/4 молярної маси кисню;

K – поправочний коефіцієнт до точно 0,5 M розчину солі Мора.

Література

1. Кульский Л.А. – Теоретические основы и технология кондиционирования воды. – К.: Наукова думка, 1971. – 500 с.

2. Кульский Л. А. и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. – К.: Н. думка, ч. I, II, 1980. – 1206 с.

3. Технический анализ и контроль в производстве неорганических веществ / Под ред. Н.С. Торошечникова. – М.: Высшая школа, 1986. – 280 с.

Поиск по сайту: