DETERMINACION DEL OXIGENO DISUELTO EN AGUAS NATURALES POR EL METODO WINKLER INTRODUCCIÓN El oxígeno es el gas mayormente estudiado en cuerpos de aguas debido a su gran importancia dentro de los ecosistemas, por su relación directa con procesos como fotosíntesis y procesos de oxidación que permiten la variación del contenido de oxigeno que puede mantenerse en cierto equilibrio y por la rapidez y facilidad de su determinación. El agua es una solución acuosa de varios sólidos y gases, en la que se hallan también suspendidos materiales sólidos orgánicos e inorgánicos, y donde son también considerados los organismos vivos vegetales y animales que la constituyen y que participa de su composición actuando sobre las concentraciones de las sustancias disueltas. Entre los gases disueltos los más abundantes son O2 y el CO2. La difusión del oxigeno en un ecosistema se lleva a cabo por medio de la circulación y movimiento del agua provocados por diferencias en la densidad de las capas de agua o por los vientos. El valor de saturación de oxigeno ideal para cada altura y cada temperatura debe ser del 100%, por debajo la tendencia del agua es ser subsaturada y por encima sobresaturada de oxigeno. Por lo tanto, el porcentaje de saturación óptimo de un cuerpo de agua requiere mas oxigeno a mayor temperatura y menos a temperaturas mas bajas (Roldàn,1992). La determinación del oxigeno disuelto por el método Winkler, se basa en la relación entre el oxigeno y una suspensión de Hidróxido de manganeso en solución fuertemente alcalina, Acidificando en presencia de una solución de Ioduro. El Iodo liberado es equivalente a la cantidad de oxigeno que inicialmente se encontraba en la muestra, el cual se puede titular con una solución de tiosulfato de Sodio. OBJETIVOS Determinar la concentración de oxigeno disuelto en una muestra de agua de ecosistemas naturales. MARCO TEORICO Se podría decir que en todo líquido hay oxígeno disuelto en mayor o menor cantidad. Elagua por ejemplo contiene a una temperatura de 20 °C y una presión atmosférica de 1013mbar en estado saturado aproximadamente 9 mg/l de oxígeno. Todo líquido absorbe oxígeno hasta que la presión parcial de oxígeno existente tanto endicho líquido como en la fase gaseosa en contacto con éste alcance un equilibrio. Laconcentración ón actual de oxígeno depende de un número de factores, tales comotemperatura, presión atmosférica, atmosférica, consumo de oxígeno ocasionado por la biodegradación de microorganismos o la producción de oxígeno por algas.
La concentración de oxígeno juega un papel decisivo en: - las condiciones de vida de los peces y microorganismos en las aguas - los procesos de degradación en el tratamiento de aguas residuales - los procesos de corrosión en tuberías La presencia del oxígeno disuelto en el agua es una condicionante fundamental para eldesarrollo de la vida acuática, vegetal y animal, evitando la descomposición anaerobia dela materia orgánica. Las fuentes de oxígeno en el agua son la aireación y la fotosíntesisde las algas. Su remoción se debe a la respiración de los vegetales, demanda química deoxígeno de materiales orgánicos y sedimentos, de aireación, sobresaturación y reducciónde orgánicos. MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO: Se utiliza para medir la cantidad de oxígeno disuelto en líquidos.Normalmente se utilizan dos escalas de medición: partes por millón (ppm); o porcentajede saturación (%), que se define como el porcentaje de oxígeno disuelto en 1 litro deagua, respecto la cantidad máxima de oxígeno disuelto que puede contener 1 litro deagua. Es necesario determinar la cantidad de oxígeno disuelto en el agua porque es un indicador de la calidad del agua. Así es importante, por ejemplo, controlar las aguasresiduales urbanas e industriales donde las concentraciones bajas de este parámetro sonun signo de contaminación. Aplicaciones: Los medidores de oxígeno se usan para medir y controlar el contenido en oxígeno en los diversos puntos del circuito de agua de las instalaciones de calderas de vapor, para controlar posibles corrosiones debido al poder oxidante del oxígeno. Otra de los usos delos oxímetros es la prevención de la corrosión de metales, como en los sistemas de calefacción, donde uno de los factores que afectan el grado de corrosión es el porcentaje de oxígeno presente. Otra aplicación muy importante es en piscicultura, donde el nivel de oxígeno debe ser controlado continuamente para obtener una reproducción óptima y evitar una alta mortalidad causada por niveles bajos de oxígeno. También en las centrales nucleares para medir el oxígeno presente en sus aguas pesadas. Fijación y determinación del oxigeno disuelto El oxígeno disuelto puede reaccionar cuantitativamente con un exceso de hidróxido de manganeso (II), transformándose rápidamente en hidróxido de manganeso (III): 4 Mn(OH)2 (s) + O2 + 2 H2O ===== 4 Mn(OH) 3 (s) Al acidificar, el hidróxido de manganeso (III) producido oxida al yoduro, formándose yodo: 2 Mn(OH)3 (s) + 2 I-+ 6 H+===== I2 + 3 H2O + 2 Mn 2+ El yodo producido, equivalente al oxígeno que había en la muestra, puede ser valorado con tiosulfato sódico, según la reacción: I2 + 2 S2O32-===== 2 I -+ S4O62-
Debido a que un mol de oxígeno equivale a dos moles de yodo, se requerirán cuatro moles de tiosulfato por cada mol de oxígeno disuelto Método de winkler Se basa en la adición de solución de manganeso divalente, seguido de álcali fuerte a la muestra contenida en el recipiente. Una muestra de agua se hace reaccionar con una solución de iones manganosos y una solución yoduro-alcalina, la cual lleva incor-porado azida de sodio cuya función es la de eli-min ar int erf ere nci as debidas a ion es ox idan tescomo nitritos y materia orgánica presente; al mis-mo tiempo que se le protege del aire para evitarla oxigenación. PORCENTAJE DE SATURACION DE OXIGENO DISUELTO: Es el porcentaje máximo de oxigeno que puede disolverse en agua a una presión y temperatura determinadas es igual a la cantidad de oxigeno que puede tener el agua. El oxigeno se disuelve en el agua hasta la saturación que es un valor típico para una determinada temperatura. %O2 = (O2 observado) x 100 / (O2 disuelto) PROCESOS OLIGOTROFICOS Y EUTROFICOS: OLIGOTROFICO: Es la poca concentración de nutrientes y elementos. Poca vegetación en sus orillas Abunda el oxigeno en toda la columna de agua Producción baja Deposito inorgánico mineralizado Escaso nitrógeno y fosforo EUTROFICO: Alta concentración de nutrientes y elementos. Abunda el oxigeno Abuna el nitrógeno y el fosforo Vegetación abundante en orillas Cieno orgánico escaso de oxigeno Proceso de anoxia Para procesos oligotróficos y eutróficos se tienen en cuenta que hay dos ambientes uno profundo y otro somero superficial. Las zonas poco profundas se pueden comportar como eutróficas por la poca profundidad, lo cual permite la luz para el proceso de la fotosíntesis y por tanto desarrollo de algas. Este proceso ocurriría en las orillas de los lagos oligotróficos que aunque el sistema en conjunto no produzca mucho, los nutrientes en sus
extremos no bajan pero chocan con el fondo dándose un proceso de alto consumo de oxigeno por procesos de oxidación de dichos materiales. Las zonas muy profundas se pueden comportar como oligotróficas debido a la profundidad y falta de luz. Si se toma como referencia un lago eutrofizado y se estudia la profundidad, se aprecia la oligotrofia debido a la baja concentración de nutrientes. Al inicio el sistema es oligotrófico, a medida que transcurre el tiempo, comienza a desarrollar las diferentes poblaciones que lo componen y su productividad por lo tanto va aumentando. Luego pasa por el estadío de mesotrofia que puede ser más o menos duradero para concluir en el estado eutrófico en el que desarrollará la mayor parte de su vida como tal. Por lo cual, su profundidad habrá disminuido por los procesos de sedimentación, tanto geológica como biológica y su relación superficie-volumen habrá aumentado hasta que solo sea superficie carente prácticamente de volumen; se habrá transformado en una marisma o una turbera. Luego en el proceso de sucesión van apareciendo árboles y vegetación de gran porte que se expandirá hasta formar un gran sistema vegetal donde curiosamente la productividad del sistema es ahora de nuevo alta, pero a diferencia del estado eutrófico ahora es debido a plantas vasculares terrestres y antes por algas. Cuanto más oligotrófico es un lago más constante es en su nivel de producción y cuanto más eutrófico mayor producción y más variaciones paramétricas.
IMPORTANCIA DE LA OXIGENACIÓN En un cuerpo de agua hay un balance, en el cual se produce y se consume oxígeno. La fotosíntesis es la que está relacionada con la producción de oxígeno
disuelto. Las sustancias orgánicas y otras reacciones químicas, están vinculadas con el consumo de oxígeno disuelto. También existe intercambio de oxígeno disuelto con la atmósfera cuando existe una mezcla turbulenta del agua. El oxígeno disuelto es un indicador de la vida de muchos organismos, por ejemplo los peces son sensibles a la hipoxia, es decir cuando el oxígeno disuelto es bajo. OXIGENO DISUELTO Mg/L 0
CONDICION
CONSECUENCIAS
ANOXIA
0-5
HIPOXIA
5-8
ACEPTABLE
8-12
BUENA
>12
SOBRESATURADA
Muerte masiva de organismos aerobios. Desaparición de organismos y especies sensibles. Oxigeno disuelto adecuado para la vida. Adecuado para la vida de peces y organismos acuáticos. Sistema en producción fotosintética.
Las concentraciones de OD varían de acuerdo a la temperatura, fotosíntesis, es así que durante el día las concentraciones de OD son mayores y en la noche son bajas. Las aguas mas calientes disuelven menor el oxigeno, por lo tanto disminuyen las formas de vida que podrían existir. Los peces son mas susceptibles a la reducción de OD por la mañana en días cálidos, ya que las algas dejan de producir oxigeno un día anterior al atardecer. En ríos, el OD varía de acuerdo a la longitud, mientras que en los lagos influye la profundidad. METODOLOGIA MATERIALES: Frasco Winkler 250-300 ml Probeta de 100 ml Pipeta de 5 ml Bureta de 25 ml Frasco de 1000 ml Potenciómetro Frasco con agua PROCEDIMIENTO
Se saca en un beaker una muestra de agua y se mide el oxígeno disuelto en el potenciómetro.
Se recolecta la muestra de agua en una botella plástica directamente teniendo en cuenta no airear la muestra, se tapa cuidadosamente y posteriormente se lleva a el laboratorio para evitar alteración en la muestra original de oxígeno, para llevar acabo la práctica, al ya estar en el laboratorio se mide con una sonda el nivel de oxígeno, después se añade en su orden los siguientes reactivos: 2 ml de la solución de Sulfato Manganoso
2 ml de la solución Yoduro –alcalina: Tape el frasco Winkler y agite la muestra por inversión. Una vez se haya formado el floculo y gran parte de ellos se haya sedimentado.
Proceda a agregar: 2 ml de ácido sulfúrico y agite nuevamente la muestra por inversión
Se toman 203 ml de la muestra con el oxigeno fijado.
Se titula con Tiosulfato de sodio hasta que la muestra adquiera una coloración amarillenta pálida
Agregar 2 ml de almidón indicador, tornándose la muestra de color azul.
Titule nuevamente con Tiosulfato de sodio hasta que vire el color (desaparición de color azul).
“blanco”
Se calcula la concentración de oxigeno disuelto en la muestra haciendo equivalente los mls de Tiosulfato de sodio gastados a los ml por litro de oxigeno. El resultado se expresa en ppm o mg/L de oxigeno presente en la muestra de agua RESULTADOS:
Datos de la muestra con el potenciómetro = 7,12 mg/L
Factor de corrección: 0.82
Temperatura= 26°C
Titulación 1= 3.4 Titulación 2= 5.6 TITULACIÓN1 + TITULACIÓN2 = OXIGENO DISUELTO 3.4 + 5.6 = 9 mg/L
TITULACIÓN TOTAL * FACTOR DE CORRECCIÓN= OXIGENO DISUELTO mg/L 9 mg/L *0.82 = 7.38 mg/L % saturación =
ANALISIS DE RESULTADOS: Se tomó una muestra de agua del rio ubicado en el sector de pueblillo, en el municipio de Popayán, donde encontramos vertimientos de aguas domésticas. Para poder obtener la concentración de oxigeno disuelto en el agua utilizamos el método de winkler. Una parte de la muestra la adicionamos en el frasco winkler totalmente lleno y herméticamente cerrado, según este método se agrega 2 mL de MnSO4 es oxidado a su estado superior de oxidación (Mn4+) por lo que el color del precipitado se torna marrón debido a la formación de Hidróxido Mangánico, proceso ocurrido por la presencia de oxígeno. Luego le agregamos 2 mL de alcalino yoduro donde la muestra se torno de color amarillo, que indica la ausencia de oxígeno, al mismo tiempo se empieza a aclarar la superficie de la muestra y se sedimentan las partículas. Se deja reposar por 3 min. En seguida se le agregan 2 ml de H 2SO4, donde la muestra se torna de color amarillo claro y las partículas descienden y se vuelven más pequeñas. A continuación se titula con la solución valorada de tiosulfato, hasta que la muestra adquiera un color amarillo pálido , luego se agregan 2ml de la solución de almidón la cual reacciona obteniendo una coloración azul. La titulación concluye cuando la solución final obtenida es incolora y transparente. Una vez conocidos los gastos de las muestras, se calculó el porcentaje de saturación de oxigeno LINEAMIENTOS PARA LA CALIDAD DEL AGUA SEGÚN LA OMS.
Nivel de OD (ppm)
Calidad del Agua
0,0 - 4,0
Mala Algunas poblaciones de peces y macro invertebrados empezarán a bajar.
4,1 - 7,9
Aceptable
8,0 - 12,0
Buena
12,0 +
Repita la prueba El agua puede airearse artificialmente.
CONCLUSIONES: El oxígeno disuelto es uno de los principales elementos mediante el cual se puede determinar la calidad de un cuerpo de agua y por consiguiente el grado de contaminación microbiológica que este pueda contener Los dos elementos fundamentales en el control de la concentración de O2 son la temperatura y la capacidad biológica de un sistema para producir y mineralizar la materia orgánica. Un cuerpo de agua con nutrientes puede soportar una comunidad fitoplanctonica productiva donde por fotosíntesis se generan grandes cantidades de O2. En el otro extremo están los lagos oligotróficos limitados en producción de O2 por tener bajas concentraciones de materia orgánica.
BIBLIOGRAFIA:
Fundamentos de Limnologia Neotropical Volumen 1 de ciencia y tecnología Autor: Gabriel Roldan Pérez Edición: ilustrada Editorial: universidad de Antioquia, 1992 www.eambiental.org/ http://www.imacmexico.org/ev_es.php?ID=17464_208&ID2=DO_TOPIC www.agua.org.mx/
