Definicja pojęcia:

utlenialność

Utlenialność, ChZT-Mn, indeks nadmanganianowy – umowny wskaźnik określający zdolność wody do pobierania tlenu z silnego utleniacza – nadmanganianu (VII) potasu (KMnO₄) na utlenienie zawartych w wodzie związków organicznych i niektórych łatwo utleniających się związków nieorganicznych, wyrażany w jednostkach ilości tlenu przypadających na daną objętość wody (mg O₂/dm³). Utlenialność wykorzystywana jest do oznaczania ilości zanieczyszczeń obecnych w wodach powierzchniowych (np. jeziorach i rzekach).
  1. Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT)
  2. Oznaczanie utlenialności
  3. Utlenialność wód powierzchniowych

Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT)

Ogólna zasada oznaczania chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) polega na wprowadzeniu do badanej próbki określonej ilości utleniacza oraz niezbędnych katalizatorów i substancji pomocniczych. Reakcja utleniania prowadzona jest w ściśle określonych warunkach – stopień utlenienia związków organicznych zależy m.in. od rodzaju użytego utleniacza, temperatury i czasu reakcji. Po zakończeniu procesu utleniania pozostała ilość utleniacza oznaczana jest w wyniku miareczkowania lub metodą spektrofotometryczną. Ubytek utleniacza, czyli ilość utleniacza zużyta na utlenienie związków w badanej próbce, przeliczona na ilość tlenu wyrażana jest w mg/dm³.

Głównym związkiem używanym przez wiele lat do oznaczania ChZT był nadmanganian (VII) potasu (KMnO₄), związek o różnej skuteczności w zależności od rodzaju utlenianego związku organicznego oraz utleniający związki organiczne średnio w 60-70%. W metodzie tej zaczęto więc wykorzystywać inne związki utleniające, takie jak m.in. siarczan ceru Cs(SO₄)₂, jodan potasu (KIO₃) oraz dichromian potasu (K₂Cr₂O₇). Najskuteczniejszym utleniaczem spośród powyższych substancji jest dichromian potasu, będący w stanie utlenić prawie wszystkie związki organiczne obecne w wodzie. Metodę oznaczania chemicznego zapotrzebowania tlenu z wykorzystaniem KMnO₄ określa się mianem utlenialności, ChZT-Mn bądź indeksu nadmanganianowego; metodę z wykorzystaniem K₂Cr₂O₇ określa się ogólnie mianem chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT).
Próbki do oznaczania chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT), fot. shutterstock

Oznaczanie utlenialności

Oznaczanie ChZT z wykorzystaniem nadmanganianu (VII) potasu (KMnO₄), określane również mianem utlenialności bądź indeksu nadmanganianowego, stosowane jest głównie w analizie wód powierzchniowych (np. jezior i rzek). Metoda ta daje przybliżone pojęcie o składzie chemicznym wody, gdyż nadmanganian (VII) potasu jest w stanie utlenić średnio 60-70% związków organicznych obecnych w próbce (większość azotowych związków organicznych utlenia się tylko częściowo bądź w ogóle nie ulega utlenieniu), a ponadto wykazuje różną skuteczność w zależności od utlenianego związku organicznego (utlenialność fenoli wynosi ok. 2380 mg O₂/dm³, krezoli – ok. 570 mg O₂/dm³, dekstryn – ok. 220 mg O₂/dm³, kwasów humusowych – ok. 50 mg O₂/dm³, mocznika – ok. 2 mg O₂/dm³).

Oznaczanie utlenialności w środowisku kwaśnym polega na utlenianiu związków organicznych i łatwo utleniających się związków nieorganicznych (np. soli żelaza (II), azotynów, siarkowodoru) z wykorzystaniem nadmanganianu (VII) potasu w temperaturze wrzenia wody:

4MnO₄⁻ + 12H⁺ → 4Mn²⁺ + 5O₂ + 6H₂O

Następnie do roztworu badanej próbki dodaje się w nadmiarze kwas szczawiowy (C₂H₂O₄):

5C₂O₄²⁻ + 2MnO₄⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ +10CO₂ + 8H₂O

Nadmiar roztworu kwasu szczawiowego odmiareczkowuje się następnie roztworem nadmanganianu (VII) potasu do uzyskania barwy jasnoróżowej.

Obecne w wodzie jony chlorkowe (Cl¯) w środowisku kwaśnym mogą wchodzić w reakcję z nadmanganianem (VII) potasu:

10Cl⁻ + 2MnO₄⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 5Cl₂ + 8H₂O

w związku z czym metoda ta wykorzystywana jest dla wód naturalnych o niskiej zawartości jonów chlorkowych (niższej niż 300 mg/dm³).

Oznaczanie utlenialności w środowisku zasadowym polega na utlenianiu związków organicznych i łatwo utleniających się związków nieorganicznych z wykorzystaniem nadmanganianu (VII) potasu w temperaturze wrzenia wody:

2KMnO₄ + H₂O → 2MnO₂ + 2KOH +3O

Nadmiar nadmanganianu (VII) potasu (KMnO₄) oraz powstający w wyniku reakcji tlenek manganu (IV) (MnO₂) odmiareczkowuje się w środowisku kwaśnym z wykorzystaniem szczawianu sodu (Na2C2O4):

2MnO₄⁻ + 5C₂O₄²⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O
MnO₂ + C₂O₄²⁻ + 4H⁺ → Mn²⁺ + 2CO₂ + 2H₂O

Utlenialność badanej próbki wody wyznacza się za pomocą poniższego wzoru:
Roztwór nadmanganianu (VII) potasu, fot. shutterstock

Utlenialność wód powierzchniowych

Utlenialność wykorzystywana jest do oznaczania ilości zanieczyszczeń obecnych w wodach powierzchniowych (np. jeziorach i rzekach). Najniższa utlenialność charakteryzuje wody artezyjskie (2 mg O₂/dm³) oraz czyste wody powierzchniowe (4 mg O₂/dm³). Utlenialność pozostałych wód powierzchniowych wykazuje dużą zmienność, co wiąże się z różną zawartością związków organicznych oraz z dopływem ścieków, np. utlenialność wód bagiennych (m.in. pochodzących z torfowisk, obszarów błotnistych oraz leśnych, bogatych w kwasy humusowe) może sięgać do ok. 400 mg O₂/dm³.

Maksymalna utlenialność wód dopuszczonych do spożycia oraz wykorzystywanych na potrzeby gospodarcze wynosi ok. 3 mg O₂/dm³, co ma szczególne znaczenie, gdy na wartość tego wskaźnika wpływają głównie związki organiczne pochodzenia zwierzęcego, obok których wodzie mogą być obecne bakterie chorobotwórcze. Dopuszczalna utlenialność wód zabarwionych (zawierających organiczne związki pochodzenia roślinnego) może przyjmować wyższe wartości pod warunkiem, iż nie stwierdzono innych wskaźników zanieczyszczenia wody odbiegających od przyjętych norm sanitarnych.


Bibliografia

  1. Gary W. VanLoon, Stephen J. Duffy; “Chemia środowiska”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.;
  2. Detlev Möller; “Chemistry for Environmental Scientists”; Walter de Gruyter 2015. ;
  3. Bogusława Gomółka, Edward Gomółka, ; “Ćwiczenia laboratoryjne z chemii wody”; Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1998. ;
  4. red. B. Buszewski, P. Kosobucki; “Fizykochemiczne metody analizy w chemii środowiska”; Wydawnictwo UMK, Toruń 2003.;
  5. Adam Bielański; “Podstawy chemii nieorganicznej – część 3”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1994.;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 5.0
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy