La determinazione dell’ossigeno disciolto, è importante per conoscere lo stato di salute dell’acqua.
Tra l’ossigeno presente nell’aria e quello disciolto nell’acqua vi è un equilibrio di solubilità gas/liquido che dipende dalla temperatura e dalla pressione.
Quando nelle acque è presente un carico inquinante biodegradabile i batteri, presenti naturalmente nell’acqua, danno vita a fenomeni di degradazione della sostanza organica e durante tale attività aerobica essi utilizzano l’ossigeno disciolto nell’acqua abbassandone la concentrazione con conseguenti danni all’ecosistema.
Metodo di Winkler
La determinazione dell’ossigeno disciolto è effettuata con il metodo di Winkler.
Tale metodo, messo a punto nel 1889 che è ancora oggi utilizzato per la sua accuratezza e per la facile attuazione si basa su una titolazione iodometrica.
Un sale si manganese (II), generalmente MnSO4 viene aggiunto a un volume noto del campione; successivamente si aggiunge una soluzione basica per NaOH di ioduro di potassio.
In tali condizioni l’ossigeno presente ossida il manganese (II) a manganese (IV) che precipita come ossido idrato di colore marrone secondo la reazione:
2 Mn2+(aq) + 4 OH–(aq) + O2(aq) → 2 MnO2(s) + 2 H2O(l)
La reazione è piuttosto lenta per cui si deve agitare ripetutamente per accelerarne il decorso.
Quando il biossido di manganese è precipitato si aggiunge H2SO4 per rendere la soluzione acida. A bassi valori di pH il biossido di manganese ossida lo ioduro a iodio secondo la reazione:
MnO2(s) + 2 I–(aq) + 4 H+(aq) → Mn2+(aq) + I2(aq) + 2 H2O(l)
A questo punto si titola con una soluzione di tiosolfato standardizzata usando, come indicatore, la salda d’amido che viene aggiunta in prossimità del punto finale e che varia la sua colorazione da blu a incolore. Nella reazione il tiosolfato viene convertito in tetrationato mentre lo iodio viene ridotto a ioduro:
I2(aq) + 2 S2O32-(aq) → 2 I–(aq) + S4O62-(aq)
Calcoli
Per la determinazione dell’ossigeno ci si avvale delle seguenti considerazioni.
Supponendo che il volume di acqua di cui si deve determinare l’ossigeno disciolto sia di 263 mL che che per la titolazione siano stati usati 2.70 mL di tiosolfato 0.0584 M si ha:
Moli di tiosolfato = 0.0584 mol/L∙2.70 · 10-3 L = 1.58 · 10-4
Dal rapporto stechiometrico tra tiosolfato e iodio che è di 2:1 si ha:
moli di iodio = 1.58 · 10-4 /2 = 7.89 · 10-5
Dalla seconda reazione sappiamo che il rapporto stechiometrico tra iodio e biossido di manganese è di 1:1 pertanto le moli di biossido di manganese sono 7.89 · 10-5
Dalla prima reazione sappiamo che il rapporto stechiometrico tra biossido di manganese e ossigeno è di 2:1 quindi
Moli di O2 = 7.89 · 10-5/ 2 = 3.94 · 10-5
La concentrazione di O2 espressa in termini di molarità è data da:
[O2] =3.94 · 10-5 / 0.263 L = 1.50 · 10-4M
Se, come capita in genere, si vuole esprimere la concentrazione il g/L si ha:
3.94 · 10-5∙ 32 g/mol/ 0.263 L= 4.80 · 10-3 g/L
Poiché la solubilità dell’ossigeno in un’acqua non inquinata è di 1.46 · 10-2 g/L a 0 °C e di 7.00 · 10-3 g/L a 35°C il campione analizzato ha un basso contenuto di ossigeno disciolto indice di inquinamento