Лабораторная работа № 7

титриметрическое определение растворенного кислорода

природных и сточных вод

Цель работы: освоить методику определения растворенного кислорода йодометрическим методом в природных и сточных водах

Посуда	Реактивы	Приборы
- бюретка, колбы для титрования, колбы мерные емкостью 25 мл; - кислородные склянки; - пипетки на 1; 10 мл; - чашки Петри; - мерный цилиндр на 1000 мл; -воронка 20 мм; -фарфоровый стакан	- раствор хлористого (или сернокислого) марганца MnCl2готовят растворением 250 г соли в дистиллированной воде в мерной колбе на 1000 мл; - щелочной раствор йодистого калия; - раствора крахмала 0,5%-го; - 0,01 н раствор тиосульфата натрия готовят растворением 5,0 г Na2S2O3·5H2O; -25%-й раствор серной кислоты (1:4)	- аналитические весы

Краткие теоретические сведения

Кислород находится в природной воде в виде растворенных молекул О₂ и его присутствие является обязательным условием для существования большинства организмов, населяющих водоемы. Наличие в воде растворенного кислорода является одной из причин коррозионной агрессивности воды по отношению к металлам.

На содержание О₂ в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:

1) процесс абсорбции кислорода из атмосферы;

2) выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;

3) поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом.

Кислород попадает в воду при ее контакте с воздухом (абсорбция). Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. Аэрация - обогащение глубинных слоев воды кислородом - происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе ветрового, вертикальной температурной циркуляции и т.д. В табл. 2.1 приведено теоретическое содержание растворенного кислорода в воде в зависимости от температуры при атмосферном давлении. С увеличением общей минерализации вод или солености растворимость кислорода снижается.

Таблица 2.1

Теоретическая растворимость кислорода в пресной воде при различных значениях температуры

Т, °С	О2, мг/дм3	Т,°С	О2,мг/дм3	Т, °С	О2, мг/дм3	Т, °С	О2, мг/дм3
1	2	3	4	5	6	7	8
0	14,6	8	11,8	16	9,9	40	6,5
1	14,2	9	11,6	17	9,7	45	6,0
1	2	3	4	5	6	7	8
2	13,8	10	11,3	18	9,5	50	5,8
3	13,4	11	11,0	19	9,3	60	4,6
4	13,1	12	10,8	20	9,1	70	3,9
5	12,8	13	10,5	25	8,3	80	2,9
6	12,4	14	10,3	30	7,5	90	1,0
7	12,1	15	10,1	35	7,0	100	0,0

В поверхностных водах содержание кислорода может оказаться меньше теоретического за счет потребления его гидробионтами, процессов разложения органических остатков и т.п. Разность между теоретическим и фактическим содержанием кислорода в воде называется дефицитом кислорода. Продукция кислорода при фотосинтезе происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью. Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше питательных веществ в воде. Растворимость чистого кислорода, выделяемого зелеными растениями, в 5 раз больше, чем растворимость кислорода из воздуха, где его содержание составляет лишь 21 %, поскольку растворимость кислорода в воде обусловлена его парциальным давлением.

Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и сезона может быть различной - от нескольких сантиметров - до нескольких десятков метров). Кислород, поступающий в воду из атмосферы, легче насыщает верхние слои, чем нижние. Кроме того, следует иметь в виду, что атмосферная реаэрация (поступление атмосферного воздуха в воду) идет тем быстрее, чем больше разница между концентрацией кислорода в воде и его растворимостью при данной температуре, т.е. чем больше выражен дефицит кислорода в воде. При насыщении воды кислородом атмосферная реаэрация отсутствует. Следовательно, более богатыми растворенным кислородом оказываются верхние слои, а нижние, особенно придонные, оказываются беднее кислородом. На дне скапливаются органические вещества, на окисление которых расходуется растворенный кислород, и потому вблизи грунта может наблюдаться дефицит кислорода даже в том случае, когда в верхних слоях воды его достаточно.

К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Fe²⁺, Mn²⁺, NO₂^-, NH₄⁺, CH₄, H₂S). Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев (если вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом). Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение.

Для водоемов, утративших способность к самоочищению (потребление кислорода превышает восстановление его запасов) возникает устойчивое состояние истощения, что оказывает заметное влияние на существование живых организмов в такой водной системе. Масштабы негативного воздействия зависят от скоростей потребления и восстановления кислорода, движения воды и могут быть полностью определены только после нанесенного ущерба.

Когда концентрация растворенного кислорода снижается слишком сильно, некоторые виды бактерий начинают получать необходимый им кислород за счет хемосинтеза. В этом случае водная система рассматривается как бескислородная. Для такой системы становятся характерными совершенно иные химические процессы, чем для обычной воды, содержащей кислород.

В поверхностных водах содержание растворенного кислорода изменяется в широких пределах (от 0 до 14 мгО₂/дм³) и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать 2,5 мгО₂/дм³ растворенного кислорода.

В зимний и летний периоды распределение кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ. В табл. 2.2 представлена классификация природных водоемов по содержанию растворенного кислорода в их воде.

Таблица 2.2