background image

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji 

jest niebezpieczna zachowaj szczególną ostrożność 

przy jej stosowaniu 

 

 

 

 

 

O

ZNACZANIE TLENU ROZPUSZCZONEGO W WODACH 

 

NATURALNYCH

 

 

WPROWADZENIE 

 

Ogólnie  rozpuszczalność  gazów  w  wodzie  zależy  od  ich  charakteru,  ciśnienia 

cząstkowego,  temperatury  wody,  a  w  wodach  naturalnych  dodatkowo  również  od 

składu fizyczno-chemicznego i biologicznego wody. 

 

W  przeciwieństwie  do  rozpuszczalności  substancji  stałych,  rozpuszczalność 

gazów w wodzie maleje ze wzrostem temperatury. Największa rozpuszczalność gazów 

w  wodzie  jest  więc  w  temperaturze  273  K  (0

o

C).  Rozpuszczalności  niektórych  gazów  

w wodzie w temperaturze 273 K (0

o

C) i przy ciśnieniu cząstkowym 101325 Pa (1 atm) 

podano w tab.1. 

Tab.1. Rozpuszczalność gazów w wodzie w temperaturze 273 K i przy ciśnieniu 1 atm 

Gaz 

Tlen 

Azot  Wodór  Argon  Hel  Ditlenek węgla 

Rozpuszczalność [mg/L]  69,45  29,42 

21,42 

57,8 

9,7 

3480 

 

Zależność  rozpuszczalności  gazów  w  wodzie  od  ciśnienia  określa  prawo 

Henry’ego-Daltona:  Rozpuszczalność  molarna  gazu  w  wodzie  przy  stałej  temperaturze 

jest proporcjonalna do ciśnienia cząstkowego gazu nad cieczą
 

Prawo Henry’ego-Daltona można wyrazić następującym równaniem: 

c = k · p, 

w którym: 

c - rozpuszczalność gazów w cieczy, mg/L 

p - ciśnienie cząstkowe gazu nad roztworem, atm, 

k  -  współczynnik  proporcjonalności  wyrażający  rozpuszczalność  gazu  przy  ciśnieniu 

cząstkowym  1  atm  (101325  Pa).  Wartości  współczynnika  k  dla  różnych  gazów  przy 
różnych temperaturach podane są w tabelach. 

background image

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji 

jest niebezpieczna zachowaj szczególną ostrożność 

przy jej stosowaniu 

 

 

 

W  przypadku  rozpuszczania  mieszaniny  gazów  w  cieczy  (np.  powietrza  

w  wodzie)  prawo  Henry’ego-Daltona  stosuje  się  osobno  dla  każdego  składnika 

mieszaniny.  Ilości  rozpuszczonych  gazów  są  tu  proporcjonalne  do  ich  ciśnień 

cząstkowych. Stosunek ilości poszczególnych gazów w roztworze jest różny od stosunku 

w  fazie  gazowej,  gdyż  różne  są  współczynniki  k  poszczególnych  gazów.  Na  przykład 

powietrze  rozpuszczone  w  wodzie  zawiera  w  temperaturze  273  K  (0

o

C)  34,91% 

objętościowych tlenu, podczas gdy w atmosferze jest go 21%. 
 

Na  podstawie  prawa  Henry'ego-Daltona  staje  się  również  zrozumiałe  takie  np. 

zjawisko, że woda stykając się z powietrzem zawiera więcej azotu niż tlenu, pomimo, że 

rozpuszczalność  azotu  w  wodzie  jest  mniejsza  niż  tlenu  (tab.1).  Na  większą  zawartość 

azotu rozpuszczonego w wodzie ma wpływ skład powietrza, w którym zawartości azotu 

jest około 4 razy większa od zawartości tlenu (79% azotu i 21% tlenu). W związku z tym 

i ciśnienie cząstkowe dla azotu jest też około 4 razy większe od ciśnienia cząstkowego 

tlenu.  W  powietrzu  atmosferycznym  ciśnienie  cząstkowe  dla  azotu  wynosi  0,79  atm,  
a  dla  tlenu  0,21  atm.  W  rezultacie  zawartość  tych  gazów  w  wodzie  destylowanej  

w stanie całkowitego nasycenia w temperaturze 273 K (0

o

C) wynosi: 

dla azotu = k(N

2

) · p(N

2

) = 29,42 · 0,78 = 22,95 mg/L N

2

 

dla tlenu = k(O

2

) · p(O

2

) = 69,45 · 0,21 = 14,60 mg/L O

2

 

 

Wartości  te  stanowią  maksymalną  rozpuszczalność  azotu  i  tlenu  w  wodzie 

destylowanej (o temperaturze 273 K), stykającej się z powietrzem atmosferycznym pod 

ciśnieniem 760 mm Hg. W tab.2. podano ilość tlenu potrzebną do całkowitego nasycenia 
1  L  wody  destylowanej  w  określonej  temperaturze  i  przy  stałym  ciśnieniu 

atmosferycznym wynoszącym 760 mm Hg. 

Tab.2. Ilość tlenu potrzebna do całkowitego nasycenia 1 L wody destylowanej, stykającej się  

z powietrzem o zawartości 20,9% tlenu pod ciśnieniem 760 mm Hg 

Temp. 

[K] 

Rozp. tlenu 

[mg/L] 

Temp. 

[K] 

Rozp. tlenu 

[mg/L] 

Temp. 

[K] 

Rozp. tlenu 

[mg/L] 

273 

14,62 

283 

11,33 

293 

9,17 

274 

14,23 

284 

11,08 

294 

8,99 

275 

13,84 

285 

10,83 

295 

8,83 

276 

13,48 

286 

10,60 

296 

8,68 

277 

13,13 

287 

10,37 

297 

8,53 

278 

12,80 

288 

10,15 

298 

8,38 

279 

12,48 

289 

9,95 

299 

8,22 

280 

12,17 

290 

9,75 

300 

8,07 

281 

11,87 

291 

9,54 

301 

7,92 

282 

11,59 

292 

9,35 

302 

7,77 

background image

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji 

jest niebezpieczna zachowaj szczególną ostrożność 

przy jej stosowaniu 

 

 

 

Tlen rozpuszczony występuje we wszystkich wodach naturalnych, stykających się 

z  powietrzem  atmosferycznym.  Pochodzi  on  głownie  z  atmosfery  oraz  niekiedy  

z  procesów  fotosyntezy  roślin  wodnych  (wodorostów,  glonów  i  planktonu).  Tak  więc 

tlen,  rozpuszczony  występuje  w  wodach  powierzchniowych  i  płytkich  wodach 

podziemnych, natomiast wody wgłębne pozbawione są tlenu zupełnie. 

 

Zawartość  rozpuszczonego  tlenu  w  wodach  naturalnych  wynosi  od  0  do  14,0 

mg/L O

2

 i rzadko przewyższa tą ostatnią wartość. Ilość rozpuszczonego tlenu w mg/L O

2

 

nie  określa  stopnia  nasycenia  wody  tlenem  w  danych  warunkach.  W  związku  z  tym 

zawartość  tlenu  w  wodach  naturalnych  podaje  się  również  w  procentach  nasycenia 

wody  tlenem  w  danej  temperaturze.  Stopień  nasycenia  wody  tlenem  jest  to  stosunek 

zawartości  tlenu  rozpuszczonego  w  badanej  wodzie  do  maksymalnej  zawartości  tlenu  

w  wodzie  destylowanej  w  danej  temperaturze  przy  ciśnieniu  760  mm Hg  (wartości  te 

znajdujemy z tablic rozpuszczalności gazów w wodzie - tab.2). 

 

Procent nasycenia należy obliczyć według wzoru: 

B

b

a

X

100

760

[%], 

w którym: 

a - oznaczona zawartość tlenu rozpuszczonego w badanej wodzie, mg/L O

2

b  -  maksymalna  ilość  tlenu  (w  mg) zawarta  w  1  L  wody  destylowanej  o  temperaturze 

badanej  wody,  potrzebna  do  nasycenia  wody  tlenem  po  zetknięciu  się  z  wolnym 
powietrzem przy ciśnieniu 760 mm Hg; wartość b odczytuje się z tab.2., 

B - ciśnienie barometryczne w czasie pobrania próbki wody, mm Hg. 

 

Procent  nasycenia  tlenem  jest  jednym  z  podstawowych  wskaźników  stopnia 

zanieczyszczenia  wód  powierzchniowych,  gdyż  w  wodach  powierzchniowych, 

zanieczyszczonych związkami organicznymi, część tlenu rozpuszczonego zużywana jest 

na  procesy  biochemiczne  (na  utlenianie  związków  organicznych  i  oddychanie 

organizmów  wodnych).  To  biochemiczne  zapotrzebowanie  tlenu  jest  tym  większe,  im 
większy  jest  stopień  zanieczyszczenia  wody  substancjami  organicznymi.  Wobec  czego 

nasycenie  wody  tlenem  może  spadać  znacznie  poniżej  100%.  Dla  wód 

powierzchniowych czystych procent nasycenia wody tlenem wynosi  prawie 100%, dla 

wód  powierzchniowych  o  nieznacznym  zanieczyszczeniu  wynosi  80-95%  nasycenia, 

natomiast  w  wodach  o  wyraźnym  zanieczyszczeniu  zawartość  tlenu  spada  do  40-50% 

background image

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji 

jest niebezpieczna zachowaj szczególną ostrożność 

przy jej stosowaniu 

 

 

nasycenia.  Jeżeli  nasycenie  wody  tlenem  w  rzece  spada  poniżej  30%,  to  występuje 
zjawisko  śnięcia  ryb,  a  po  spadku  nasycenia  do  zera  -  w  rzece  dominują  procesy 

anaerobowe  (beztlenowe).  Taki  maksymalny  deficyt  tlenu  w  wodzie  może  być 

spowodowany  przez  odprowadzenie  do  rzeki  nadmiernych  ilości  zanieczyszczeń 

organicznych, tj. znacznie przekraczających zdolność samooczyszczania się wód danego 

zbiornika. W płytkich stojących wodach powierzchniowych przy silnym nasłonecznieniu 

zachodzi  nieraz  zjawisko  przesycenia  wody  tlenem  (procent  nasycenia  wody  tlenem 
przekracza  100)  na  skutek  intensywnej  fotosyntezy  roślin  wodnych.  W  wyniku 

fotosyntezy  zachodzi  asymilacja  dwutlenku  węgla  przez  rośliny  wodne  i  wydzielanie 

tlenu.  Proces  fotosyntezy  przebiega  tym  intensywniej,  im  bardziej  jest  nasłoneczniona 

woda.  W  związku  z  tym  obserwuje  się  w  zbiornikach  wodnych  sezonowe  lub  dobowe 

wahania  zawartości  tlenu  rozpuszczonego  w  wodzie.  W  dzień  przy  silnej  fotosyntezie 

zawartość tlenu rozpuszczonego może znacznie przekraczać 100% nasycenia, natomiast 

w nocy zawartość tlenu w wodzie maleje na skutek zużywania go przez organizmy żywe 
w procesach intensywnego oddychania. 

 

Tlen  rozpuszczony  oznacza  się  w  wodach  powierzchniowych,  w  których  jego 

obecność  jest  nieodzownym  warunkiem  istnienia  większości  organizmów  wodnych 

biorących  udział  w  procesie  samooczyszczania  się  wód  powierzchniowych  oraz  

w  wodach,  w  których  tlen  rozpuszczony  jest  niepożądanym  składnikiem,  gdyż  

w obecności agresywnego dwutlenku węgla zwiększa się intensywność procesu korozji 

przewodów i urządzeń metalowych. 
 

Korodujące  działanie  wody,  zawierającej  agresywny  dwutlenek  węgla  i  tlen 

rozpuszczony, można przedstawić według dwóch następujących równań: 

2H

+

 + Fe = Fe

2+

 + 2H 

2H + ½O

2

 = H

2

 

Jony wodorowe pochodzące z dysocjacji kwasu węglowego atakują powierzchnię, 

metalu. W wyniku tej reakcji do roztworu przechodzą jony żelazowe(II), a tworzący się 

wodór  atomowy  wydziela  się  w  postaci  warstewki  monomolekularnej  na  powierzchni 
metalu, izolując powierzchnię metalu od dalszej korozji. Jednakże obecny w wodzie tlen 

utlenia  wydzielający  się  wodór  atomowy  do  H

2

O  (depolaryzacja),  co  powoduje 

obnażenie powierzchni metalu zgodnie z powyższą reakcją. Z tych względów specjalnie 

odgazowuje się wody zasilające kotły parowe. 

background image

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji 

jest niebezpieczna zachowaj szczególną ostrożność 

przy jej stosowaniu 

 

 

 

Tlen  rozpuszczony  oznacza  się  w  specjalnie  do  tego  celu  pobranych  próbkach 

wody.  Próbki  pobierane  są  do  butelek  o  pojemności  125-250  mL  z  doszlifowanym 

korkiem. Butelkę należy napełnić całkowicie wodą w ten sposób, aby uniknąć kontaktu  

z  otaczającym  powietrzem  atmosferycznym.  Po  napełnieniu  wycisnąć  nadmiar  cieczy 

korkiem i tak zamknąć, aby nie powstał pod nim pęcherzyk powietrza. Oznaczenie tlenu 

należy  wykonać  niezwłocznie  na  miejscu  pobrania  próbki  wody  lub  próbkę  należy 

utrwalić.  W  tym  celu  do  próbki  wody  należy  dodać  1  mL  roztworu  siarczanu 
manganawego (MnSO

4

) oraz 2 mL alkalicznego roztworu jodku potasowego, trzymając 

wylot pipety pod powierzchnią cieczy. Butelkę zamknąć bez pozostawienia pęcherzyka 

powietrza pod korkiem, zawartość jej wymieszać i dostarczyć do laboratorium. 

 

Do  oznaczania  zawartości  tlenu  w  wodzie  stosuje  się  metodę  miareczkową 

Winklera  i  jej  modyfikacje,  w  zależności  od  obecności  substancji  przeszkadzających, 

oraz metody elektrochemiczne z zastosowaniem czujników membranowych. 

 

Metoda  Winklera,  chociaż  nie  tak  szybka,  jak  niektóre  metody  instrumentalne, 

pozwala na dokładniejsze od nich oznaczenie rozpuszczonego tlenu i jest stosowana przy 

kalibracji wskazań czujników tlenowych. Opisana poniżej modyfikacja tej metody polega 

na  miareczkowaniu  całej  objętości  próby  z  butelki  inkubacyjnej,  co  umożliwia 

zwiększenie dokładności oznaczenia. 

 

Zasada oznaczenia polega na tym, że tlen rozpuszczony w wodzie w roztworze 

alkalicznym  utlenia  powstały  w  wodzie  wodorotlenek  manganu(II)  do  związków 

manganu  czterowartościowego  (Mn

4+

),  które  w  środowisku  kwaśnym  wydzielają  

z  jodku  potasowego  wolny  jod  w  ilości  równoważnej  zawartości  tlenu  w  wodzie. 

Wydzielony jod oznacza się miareczkowa tiosiarczanem sodowym wobec skrobi jako 

wskaźnika.  Z  ilości  zużytego  roztworu  tiosiarczanu  sodowego  oblicza  się  zawartość 

tlenu  rozpuszczonego  w  wodzie.  Reakcje  przebiegające  podczas  tego  oznaczenia 

przedstawiają poniższe równania: 

2Mn

2+

 + 4OH

-

 -> 2Mn(OH)

2

 biały osad 

2Mn(OH)

2

 + O

2

 -> 2MnO(OH)

2

 brunatny osad 

MnO(OH)

2

 + 4H

+

 -> Mn

4+

 + 3H

2

Mn

4+

 + 2I

-

 -> I

2

 + Mn

2+

 

I

2

 + 2S

2

O

32-

 -> S

4

O

62-

 + 2I

-

 

 

background image

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji 

jest niebezpieczna zachowaj szczególną ostrożność 

przy jej stosowaniu 

 

 

Celem ćwiczenia jest oznaczenie tlenu rozpuszczonego w badanej próbie. 

 

Odczynniki:  

1. Alkaliczny roztwór jodku potasowego: rozpuścić w wodzie świeżo destylowanej 700 g 

KOH  (lub  500  g  NaOH)  oraz  osobno  150  g  KI.  Roztwory  połączyć  razem  i  dopełnić  do 

objętości  1  L  wodą  destylowaną.  Próba  tego  roztworu  po  rozcieńczeniu  wodą 

destylowaną  i  zakwaszeniu  kwasem  siarkowym  nie  powinna  się  zabarwiać  wobec 
skrobi na niebiesko. Roztwór należy przechowywać w butelce z ciemnego szkła. 

2.  Roztwór  siarczanu  manganawego  (MnSO

4

):  rozpuścić  480  g  MnSO

4

·4H

2

O  lub  400  g 

MnSO

4

·2H

2

O  bądź  364  g  MnSO

4

·H

2

O  w  wodzie  destylowanej,  przesączyć  do  kolby 

miarowej o pojemności 1 L, dopełnić wodą destylowaną do kreski i wymieszać. Roztwór 

siarczanu manganu nie powinien barwić się na niebiesko wobec skrobi. 

3. Kwas siarkowy stężony. 

4.  0,5%  roztwór  skrobi.  Zmieszać  1  g  skrobi  rozpuszczalnej  z  niewielką  ilością  wody 
destylowanej i mieszając dodać do 200 mL wrzącej wody destylowanej. Gotować około 

2-3 min. Po ochłodzeniu przelać do butelki z doszlifowanym korkiem. W celu utrwalenia 

skrobi  dodać  1,25  g  kwasu  salicylowego  lub  kilka  kropel  toluenu  na  1  mL  roztworu. 

Roztwór przechowywać w lodówce. 

5. 0,025 M roztwór tiosiarczanu sodowego (roztwór jest nietrwały i należy go utrwalić 

przez dodanie 0,4 g NaOH lub 5 mL chloroformu na 1 L roztworu). 

 
Sprzęt  laboratoryjny:  kalibrowane  butelki  inkubacyjne  o  poj.125-250  mL  (3  szt.), 

strzykawki polietylenowe 2-5 mL (3 szt.) z igłami, kolby stożkowe o poj. 500 mL (2 szt.), 

biureta. 

 

SPOSÓB WYKONANIA 

 

Kalibrowaną  butelkę  z  doszlifowanym  korkiem  napełnić  całkowicie  badaną 

próbą.  Za  pomocą  oddzielnych  strzykawek,  wprowadzając  ich  końcówkę  pod 
powierzchnię  cieczy,  dodać:  2,0  mL  siarczanu(VI)  manganu(II)  i  2,0  mL  alkalicznego 

roztworu  jodku  potasu.  Zamknąć  butelkę  korkiem  tak,  aby  nie  pozostał  pod  nim 

pęcherzyk powietrza ani też nie wypłynął powstający osad. Zawartość butelki dokładnie 

wymieszać przez jej 20-30-krotne odwracanie, następnie pozostawić ją w ciemności do 

background image

Uwaga substancja oznaczona w instrukcji 

jest niebezpieczna zachowaj szczególną ostrożność 

przy jej stosowaniu 

 

 

opadnięcia  osadu  na  dno  (ok.  30  min.).  Barwa  i  ilość  osadu  wodorotlenków  manganu 
umożliwia  orientacyjną,  ocenę  zawartości  tlenu  w  próbce:  osad  brunatny  świadczy  

o  dużej  ilości  tlenu,  biały  o  zupełnym  jego  braku.  Następnie,  gdy  ciecz  nad  osadem 

będzie  klarowna,  dodać  2,0  mL  kwasu  siarkowego(VI),  wprowadzając  końcówkę 

strzykawki  pod  powierzchnię  cieczy;  zamknąć  butelkę  korkiem,  uważając,  by  nie 

pozostał  pod  nim  pęcherzyk  powietrza  i  nie  wypłynął  osad.  Po  wymieszaniu  do 

całkowitego  rozpuszczenia  osadu,  całą  zawartość  butelki  szybko  przelać  do  kolby 
Erlenmayera  i  natychmiast  miareczkować  roztworem  tiosiarczanu(VI)  sodu  do 

uzyskania jasnożółtej barwy, a po dodaniu 1 mL roztworu skrobi do odbarwienia. 

 

Stężenie tlenu w badanej próbie obliczyć ze wzoru: 

)

(

4

2

2

od

but

O

O

V

V

V

c

M

c

[mg O

2

/L], 

gdzie: 
V

but

 - objętość butelki kalibrowana na wylew [L], 

V - objętość zużytego tiosiarczanu(VI) sodu [L], 

c - stężenie roztworu tiosiarczanu(VI) sodu [mol/L], 

2

O

M

- masa molowa tlenu [mg/mol], 

V

od

 - objętość dodanych roztworów siarczanu(VI) manganu i jodku potasu [L], 

4 - współczynnik równoważności wynikający z reakcji redox. 

 
Zaklasyfikować  badaną  wodę  do  odpowiedniej  klasy  jakości  wód  powierzchniowych 
zgodnie  z  rozporządzeniem  MINISTRA  ŚRODOWISKA  z  dnia  11  lutego  2004  r. 

w sprawie  klasyfikacji  dla  prezentowania  stanu  wód  powierzchniowych  i  podziemnych, 

sposobu  prowadzenia  monitoringu  oraz  sposobu  interpretacji  wyników  i  prezentacji  stanu 

tych wód (Dz. U. z dnia 1 marca 2004 r.) według ZAŁĄCZNIKA NR 1 „Wartości graniczne 

wskaźników jakości wody w klasach jakości wód powierzchniowych”. 

 

 

Instrukcja  opracowana  na  podstawie:  Fizykochemiczne  metody  analizy  w  chemii  środowiska,  red.  B.  Buszewski, 

P. Kosobucki, Wyd. UMK, Toruń, 2003 oraz Ćwiczenia laboratoryjne z chemii wody, B. i E. Gomółkowie, Of. Wyd. Polit. 

Wrocł., Wrocław 1998.