Demanda química d'oxigen

' La Demanda Química d'Oxigen (DQO) és un paràmetro de calitat de l'aigua, utilisat per a evaluar el contingut de matèria que pot ser oxidada per un oxidant químic, generalment dicromat potásico en mig àcit. La DQO s'expressa en miligrams d'oxigen diatómico per litro (mg O₂/L) i encara que el major contribuent a la demanda química d'oxigen és la matèria orgànica dissoltes o en suspensió,^[1] també alguns components inorgànics presents en l'aigua (sulfurs, sulfitos, yodurs, ...), contribuïxen al resultat final de la DQO, quedant reflectits en la mida. És per tant, un paràmetro relacionat en la contaminació de l'aigua. Açò significa que aigües en alts valors de matèria orgànica tindran un valor molt elevat de DQO, lo que du a que eixes aigües requerixen major cantitat d'oxigen per a portar a terme la degradació de la matèria orgànica, consumint ràpidament l'oxigen dissolt i dificultant el desenroll dels organismes vius que habiten el mig.^[2]

Fonamente

El principi bàsic en el que es fonamenta la prova analítica de la DQO, és que casi tots els composts orgànics poden oxidarse completament a diòxit de carbono. Açò ocorre de forma més o menys llenta en la mateixa naturalea, per lo que les aigües naturals agitades (cascades, ràpits, etc.) solen contindre menys cantitat de matèria orgànica. La reacció general, denominat {CH₂O} al conjunt de la matèria orgànica no nitrogenada és:

${C H_{2} O} + O_{2} ⟶ C O_{2} + H_{2} O$

sent l'oxigen consumit en la reacció, lo que representa la DQO, habitualment expressada en mg d'O₂ per cada litro d'aigua.

No obstant, cal tindre en conte que en les aigües naturals, contaminades o no, també poden estar presents composts orgànics nitrogenats (amina, amidas, aminoàcits, etc.), la cantitat d'oxigen necessària per a oxidar un compost orgànic a diòxit de carbono, amoníac i aigua ve donada per:

$C n H a O b N c + (n + \frac{a}{4} - \frac{b}{2} - \frac{3}{4} c) O_{2} ⟶ n C O_{2} + (\frac{a}{2} - \frac{3}{2}) c H_{2} O + c N H_{3}$

i que ademés, el amoniaco produït, pot oxidarse a nitrat per mig de processos de nitrificació, lo que implica o n consume adicional d'oxigen:

$N H_{3} + 2 O_{2} ⟶ N O_{3}^{-} + H_{3} O^{+}$

En conseqüència, donada la complexitat dels processos d'oxidació de la matèria orgànica present en l'aigua, en la que moltes voltes intervenen, ademés numerosos organismes vius, la determinació en el laboratori requerix, en substitució de l'oxigen, l'ocupació d'oxidants químics forts, que en les condicions adequades d'acidea i temperatura poden realisar l'oxidació de la matèria orgànica de l'aigua en unes poques hores. Coneixent la cantitat d'agent oxidant consumit, pot ser determinada la cantitat equivalent d'oxigen que hauria segut necessària per a portar a terme l'oxidació de la matèria orgànica.^[3] Com a agents oxidants es vaig poder utilisar el permanganato potásico o el dicromat potásico, sent este últim el d'us més habitual i normalisat per a aigües naturals^[4] i fancs i sediment,^[5] si be, el dicromat, no oxida l'amoníac a nitrat, per lo que la nitrificació no està inclosa en la prova de DQO estàndart.

La reacció del dicromat en mig àcit que té lloc és:

$C r_{2} O_{7}^{2 -} + 14 H^{+} + 6 e^{-} ⟶ 2 C r^{3 +} + 7 H_{2} O$

Considerant que l'oxidació per oxigen en mig àcit és:

$O_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-} ⟶ 2 H_{2} O$

i lloc que la reducció del dicromat a Cr(III) requerix de sis electrons i la d'oxigen a aigua de quatre, l'equivalència és de 6/4, és dir, que cada mol de dicromat oxida la mateixa cantitat de matèria orgànica que 1,5 moles d'oxigen, ya que en el balanç total de les reaccions redox tenen que intercanviar-se igual número d'electrons.^[6]

La DQO varia en funció de les característiques de les matèries presents, de les seues proporcions respectives, de les seues possibilitats d'oxidació i d'atres variables. És un método aplicable en aigües continentals (rius, llac o aqüífers), aigües negres, aigües pluvials o aigües de qualsevol atra procedència que puguen contindre una cantitat apreciable de matèria orgànica. La presència de concentracions relativament altes de clorur interferixen en el resultat final, ya que també són oxidados pel dicromat en mig àcit.

$6 C l^{-} + C r_{2} O_{4}^{2 -} + 14 H^{+} ⟶ 3 C l_{2} + 2 C r^{3 +} + 7 H_{2} O$

L'interferència pot eliminar-se afegint sulfat de mercuri(II) abans de l'anàlisis:

$H g^{2 +} + 2 C l^{-} ⟶ H g C l_{2}$

Procediment d'ensaig (método del dicromat de potassi)

El procediment es basa en l'oxidació de la matèria orgànica utilisant dicromat de potassi com a oxidant en presència d'àcit sulfúric i ionés d'argent (per eixemple Ag₂SO₄) com catalisador. Una alícuota de la mostra d'aigua es coloca en un matraz per a calfament a refluix, es posa en mig fortament àcit per mig de l'adició d'àcit sulfúric concentrat, s'afig el catalisador i un excés medit de dissolució patró de dicromat de potassi. La mostra aixina preparada es calfa baix refluix durant dos hores a 150 °C. Transcorregut el temps de la digestió en dicromat, l'excés d'este, que no ha reaccionat en la matèria orgànica es titula en una dissolució normalisada de sulfat ferroso amònic (Fe(NH₄)₂(SO₄)₂).

$6 F e^{2 +} + C r_{2} O_{7}^{2 -} + 14 H^{+} ⟶ 6 F e^{3 +} + C r^{3 +} + 7 H_{2} O$

L'indicador del punt final utilisat en esta reacció, és la ferroína (fenantrolina ferrosa), un complex de Fe(II) en l'agent quelante 1,10-fenantrolinade color roig. La ferroína pot oxidarse per a formar el complex de Fe(III) (fenantrolina fèrrica o, a voltes, ferriina), de color blau clar. Esta reacció d'oxidació-reducció és reversible:

$F e [C_{12} H_{8} N_{2}]_{3}^{2 +} (r o j o) \overset{- ⇀}{↽ -} F e [C_{12} H_{8} N_{2}]_{3}^{3 +} (a z u l) + 1 e^{-}$

Al principi de la valoració, mentres quede Cr₂O₇^2-, la ferroína estarà en la forma oxidada fins que es consuma tot l'excés de Cr₂O₇^2- , despuix de la qual cosa, retorna a la forma reduïda, de color roig intens. La demanda química d'oxigen es calcula a partir de la diferència entre el dicromat afegit inicialment i el dicromat trobat despuix de l'oxidació. ya que chicotetes cantitats d'impurees orgàniques o de substàncies reductores habitualment presents en l'aigua utilisada per a preparar les dissolució o en els mateixos reactius, poden afectar al resultat final de la determinació, en el procediment solen incloure's dos o més mostres en blanc, consistents en substituir la mostra per igual cantitat de l'aigua destilada o desionizada utilisada per a preparar les dissolució i seguir el mateix procés que per a la mostra real. ya que en els blancs hi ha molt poca matèria oxidable, es requerix un major volum de dissolució de (Fe(NH₄)₂(SO₄)₂) per a alcançar el punt final. El consum real del valorante s'establix per diferència entre el volum consumit en els blancs i el consumit en les mostres reals.

Basant-se en el mateix principi es pot utilisar l'espectroscòpia ultravioleta-visible, per mig de medicions fotomètriques del color produït per la reducció del dicromat a ion cromo(III) (Cr³⁺) posterior a la digestió.

Pren de mostres

És preferible realisar la pren de mostres en recipients de vidre, ya que els de plàstic poden contaminar la mostra en materials orgànics. Es deu procedir a analisar la DQO ràpidament despuix de la pren de la mostra, que ademés deurà ser representativa i estar ben homogeneizada. Abans de l'anàlisis l'aigua tamizada es decanta en un con especial durant dos hores, prenent-se llavors l'aigua residual per sifonación en la zona central de la probeta.

Reactius

Aigua destilada recentment preparada.
Sulfat de mercuri cristalizado.
Dissolució de sulfat d'argent:

Sulfat d'argent cristalizado: 6,6 g i enrasar en àcit sulfúric fins a 1000 ml.

Dissolució de sulfat de ferro (II) i d'amoni (sal de Mohr) 0,025 N:

Sulfat de ferro (II) i amoni: 98 g
Àcit sulfúric: 20 ml
Enrasar en aigua destilada fins a enrase a 1000 ml
El valor d'esta dissolució deu verificar-se tots els dies.

Dissolució de dicromat de potassi 0,25 N:

Dicromat de potassi (secat 2 hores a 110 °C): 12,2588 g i enrasar en aigua destilada fins a 1000 ml.

Dissolució de ferroína:

1,10-fenantrolina: 1,485 g
Sulfat de ferro (II): 0,695 g i enrasar en aigua destilada fins a 100 ml.

Dissoldre la fenantrolina i el sulfat de ferro en aigua i completar el volum. Es pot també utilisar una dissolució comercial.

Caldrà verificar el valor de la dissolució de sulfat de ferro(II) i amoni:

En un got de precipitat introduir 25 ml exactament medits de dissolució de dicromat de potassi 0,25 N i completar a 25 ml en aigua destilada.
Afegir 75 ml d'àcit sulfúric i deixar que es gele.
Afegir algunes gotes de dissolució sulfúrica de dissolució de ferroína i determinar la cantitat necessària de dissolució de sulfat de ferro (II) i d'amoni per a obtindre el virage al roig violáceo. S'expressa en (mg O2/l)

T= ml K₂Cr₂O₇ x 0,25 ml Fe

Procediment

Introduir 50 ml d'aigua a analisar en un matraz de 500 ml.
Afegir 1 g de sulfat de mercuri cristalizado i 5 ml de solució sulfúrica de sulfat d'argent.
Calfar, si és necessari, fins a dissolució completa.

Afegir 25 ml de dissolució de dicromat de potassi 0,25 N i despuix 70 ml de solució sulfúrica de sulfat d'argent.
Dur a ebullició durant 2 hores baix refrigerante a refluix adaptat al matraz.
Deixar que es gele.
Diluir a 350 ml en aigua destilada.
Afegir algunes gotes de dissolució de ferroína.
Determinar la cantitat necessària de dissolució de sulfat de ferro (II) i amoni per a obtindre el virage al roig violáceo.
Procedir a les mateixes operacions en 50 ml d'aigua destilada.

Expressió dels resultats

D Q O (m g . L^{- 1}) = \frac{M (V_{o} - V) 8000}{V_{s}}

A on

V₀ és el volum de dissolució de sulfat de ferro (II) i amoni utilisat en la valoració del blanc (ml)
V és el volum de dissolució de sulfat de ferro (II) i amoni consumit en la valoració de la mostra (ml)
T és el valor de la concentració de la dissolució de sulfat de ferro (II) i amoni
V_s és el volum de la mostra presa per a la determinació.

Referències

↑ VanLoon, Gary W.; Duffy, Stephen J. (2005). Environmental chemistry: a global perspective, 2nd ed edició (en Anglés), Oxford University Press, p. 353. OCLC ocm60130425. ISBN 978-0-19-927499-4.
↑ Domènech, Xavier (1994). Química Ambiental. L'impacte dels residus, Madrit: Miraguano, pp. 64-65. ISBN 84-7813-109-4.
↑ Reeve, Roger N. (2002). Introduction to environmental analysis (en Anglés), Chichester: John Wiley & Sons, pp. 52-54. ISBN 0-471-49295-7.
↑ «DIN 38409-44:1992-05 | Normes AENOR». tenda.aenor.com. Consultat el 2024-06-10.
↑ «DIN 38414-9:1986-09 | Normes AENOR». tenda.aenor.com. Consultat el 2024-06-10.
↑ Radojevic´, M.; Bashkin, V. (2006). Practical Environmental Analysis (en Inglés), Cambridge: The Royal Society of Chemistry, pp. 196-202. ISBN 0-85404-679-8.

Este artícul conté una traducció derivada de «Demanda química de oxígeno» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[:0-1] VanLoon, Gary W.; Duffy, Stephen J. (2005). Environmental chemistry: a global perspective, 2nd ed edició (en Anglés), Oxford University Press, p. 353. OCLC ocm60130425. ISBN 978-0-19-927499-4.

[2] Domènech, Xavier (1994). Química Ambiental. L'impacte dels residus, Madrit: Miraguano, pp. 64-65. ISBN 84-7813-109-4.

[:1-3] Reeve, Roger N. (2002). Introduction to environmental analysis (en Anglés), Chichester: John Wiley & Sons, pp. 52-54. ISBN 0-471-49295-7.

[4] «DIN 38409-44:1992-05 | Normes AENOR». tenda.aenor.com. Consultat el 2024-06-10.

[5] «DIN 38414-9:1986-09 | Normes AENOR». tenda.aenor.com. Consultat el 2024-06-10.

[:2-6] Radojevic´, M.; Bashkin, V. (2006). Practical Environmental Analysis (en Inglés), Cambridge: The Royal Society of Chemistry, pp. 196-202. ISBN 0-85404-679-8.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]