PRÀCTICA Nº1: OXÍGENO DISUELTO

LIMA-PERÚ

-2012-

I. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

En un cuerpo de agua se produce y a la vez se consume O2. La producción se relaciona

con la fotosíntesis; mientras el consumo dependerá de la respiración, descomposición de

sustancias orgánicas y otras reacciones químicas. También puede intercambiarse oxigeno

con la atmosfera por difusión o mezcla turbulenta. La concentración total de OD

dependerá del balance entre todos estos fenómenos.

Implica un indicador de como de contaminada está el agua o de lo bien que puede dar

soporte esta agua a la vida vegetal y animal. Generalmente, un nivel más alto de oxígeno

disuelto indica agua de mejor calidad. Si los niveles de OD son demasiado bajos, algunos

peces y otros organismos no podrían sobrevivir.

Es por tal motivo la importancia de la determinación del OD y así poder estimar cuan

adecuada se encuentra el cuerpo de agua y sus diferentes usos de la que pueda derivar,

dependiendo de la cantidad de OD presente en esta.

Algunos objetivos que se logra con esta práctica son:

Determinar y comparar la cantidad de oxígeno disuelto en 3 muestras de diferente

procedencia: de agua estancada, agua de pozo (UNALM) y agua destilada

(muestra en blanco).

A partir de la titulación del yodo (I2) determinar la concentración de oxígeno en la

muestra, aplicando el método de Winkler, cuantificando el gasto de tiosulfato de

sodio (Na2S2O3).

Determinar el grado de calidad de agua según la cantidad de OD presente en esta.

Comprender la importancia de la determinación de Oxígeno Disuelto como

parámetro de medición de contaminación.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO

La cantidad de oxígeno disuelto es un importante indicador de la calidad del agua y

éste depende de la actividad física, química y bioquímica presente en ella. Además,

el oxígeno es necesario para la proliferación de muchas formas de vida acuática.

Las cantidades excesivas de materiales orgánicos biodegradables en el agua son

perjudiciales porque privan al agua del oxígeno necesario para sustentar la vida

animal normal. Algunas de las fuentes típicas de estos materiales son las aguas

negras, los residuos industriales de instalaciones procesadoras de alimentos y

fábricas de papel. De aquí que cabe señalar la importancia del análisis de OD para

procesos de control de contaminación y tratamiento de aguas residuales, ya que nos

permite asegurar que un cuerpo de agua está en buen estado o no.

En la presente práctica de laboratorio, se utilizó el método de Winkler o método

iodométrico para la determinación de OD. Éste debe ser realizado cuidadosamente;

desde el momento en el que se toma la muestra de agua (la cual no debe ser agitada

ni estar en contacto con el aire) hasta el momento en el que se añaden los reactivos y

la posterior titulación. Estas son las reacciones químicas que ocurren durante el

proceso:

De acá se puede apreciar que el Mn pasa de monovalente (2+) a divalente (4+) con la

adición del álcali. A medida que el Mn disminuye el yodo aumenta (éste es el utilizado

para determinar la cantidad de oxígeno). Para el cálculo interviene el titulante

(tiosulfato de sodio) vs la cantidad de yodo. El oxígeno en la muestra es representado

por el gasto en la titulación (el yodo se consume rápido).

III. MATERIALES Y REACTIVOS

Rangos de concentración de oxígeno disuelto y consecuencias ecosistémicas frecuentes.

Materiales:

1 frasco Winkler de capacidad 300 ml.

Pipetas

Erlenmeyer de 200 ml

Soporte universal.

Reactivos:

Solución de sulfato de manganoso para ello se disuelven 480 gr. de

MnSO4.4H2O en agua destilada, filtrar y diluir en 1 litro. La solución MnSO4

no debe presentar color con el almidón cuando se adiciona KI.

Reactivo álcali yoduro de azida (KI) para ello se disuelve 500 mg de

NaOH y 135 gr. de NaI en agua destilada y diluir en 1 litro. Adicionar 10 g

de NaN3, disueltos en 40 mL de agua destilada.

Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4).

Almidón: Disolver 2 g de almidón en 100 mL de agua destilada caliente.

Titulante estándar de tiosulfato de sodio (Na2S2O3): Disolver 6.205 g de

Na2S2O3.5H2O en agua destilada. Adicionar 1.5 mL de NaOH 6N y diluir a

1 L

IV. RESULTADOS

N° DE MUESTRA MUESTRA

CONSUMO DE

TITULANTE (ml)

Na2S2O3 0.025 M

CONCENTRACIÓN DE

OD (mg/l) PARA 200ml

DE MUESTRA

1 Agua de Pozo* 7.7 7.7

2 Agua de Pozo 6.8 6.8

3 Agua de Pozo 6.2 6.2

4 Agua para Regadío** 2.0 2.0

5 Agua para Regadío 3.1 3.1

6 Agua para Regadío 2.6 2.6

7 Blanco*** 7.0 7.0

(*) Muestra colectada de grifo del laboratorio Q-1 de la Universidad Nacional Agraria la

Molina. OBSERVACIÓN: El agua de la universidad es obtenida de un pozo de agua

subterránea.

(**) Muestra colectada del canal de regadío de la Universidad Nacional Agraria la Molina,

paso cercano a la facultad de Pesquería. OBSERVACIÓN: el agua colectada no estaba

fluyendo; estaba empozada.

(***) Blanco; el ensayo fue realizado con una muestra de agua destilada.

V. DISCUSIONES

El ensayo se realizó para tres muestras distintas denominadas: Agua de Pozo,

Agua de Regadío y Blanco; el número de repeticiones por muestra es de tres

repeticiones para las dos primeras y una para el blanco.

Se observa una notable variación en los resultados para la misma muestra, esto

puede deberse a varios factores:

Errores Sistemáticos, la desviación del valor medido con respecto al valor

real, reflejado en la poca precisión de los resultados, este es provocado

porque el ensayo fue realizado una vez por cada grupo y no todas las

repeticiones por la misma persona; además de que se utilizaron distintos

instrumentos y la forma de colección de la muestra fue distinta; pues cada

operador lo realizó de una manera diferente. Inclusive podemos considerar

la presencia de contaminación en los reactivos debido al uso incorrecto de

las bombillas y las pipetas durante la realización del ensayo.

Errores Aleatorios, error inevitable que se produce por eventos únicos. Es

imposible identificar las fuentes que lo provocan y su acumulación nos

lleva a un error mayor en la medida final, en relación con el valor real.

El agua de pozo presenta una concentración de OD promedio de 6.9 mg/l lo que

indica que considerando únicamente el parámetro de OD, este valor se encuentra

entre el rango que se considera de buena calidad en comparación al valor

promedio de concentración de OD del agua para regadío que es de 2.56 mg/l.

El agua de regadío presenta mayor contenido de materia orgánica que el agua de

pozo por lo que su valor de OD es menor.

El punto donde se colectó la muestra de agua para regadío estaba estancada y

muy poco ventilada por lo que el valor de OD presente es mucho menor que el

valor de OD en el agua de pozo, la cual, a pesar de no estar aireada, al ser

bombeada a la superficie gana gran cantidad de oxígeno.

El blanco presenta una cantidad óptima de OD, 7mg/l.

VI. CONCLUSIONES

El número de repeticiones por cada muestra es muy pequeño, lo que nos limita en

el desarrollo de un análisis estadístico de los resultados, por lo mismo, es que no

podemos asegurar la confiabilidad de estos.

Los datos obtenidos son referenciales, debido a la poca precisión que presentan.

Los errores sistemáticos que fueron descritos en las discusiones pueden ser

evitados, siguiendo un proceso más exhaustivo en el desarrollo del ensayo.

Los errores aleatorios no se pueden controlar durante el desarrollo del ensayo.

La muestra de agua de un cuerpo superficial debe ser colectada con mucho

cuidado, para evitar captar en el recipiente el oxigeno de la atmosfera adjunta o de

provocar se disuelva oxigeno al agua durante la toma.

Considerando únicamente el parámetro de OD podemos determinar los siguientes

rangos de calidad del agua:

RANGO (mg OD/l) GRADO DE CALIDAD

0-4 MUY MALA

5-7 REGULAR

8-12 MUY BUENA

La presencia de materia orgánica en una muestra provoca la disminución de la

concentración de OD. Porque durante el proceso de descomposición de la materia

orgánica se consume el oxígeno presente en el agua.

La salinidad en el agua reduce la solubilidad de los gases, es decir, disminuyen los

espacios intermoleculares disponibles para la disolución del oxígeno.

A mayor cantidad de microorganismos presentes en el agua el oxígeno disuelto va

a ser mayor debido a que son formas de vida que requieren una alta concentración

de este compuesto para poder realizar su metabolismo.

Una zona bien aireada presentará mayor cantidad de OD, debido a la constante

recirculación del oxigeno del aire y el presente en el agua; una gran ráfaga de

viento enriquece el agua con oxigeno.

El aumento de la temperatura del agua provoca que el oxígeno que se encuentra

disuelto en ella, se pierda por el incremento de energía cinética de las moléculas

que contiene.

El agua destilada según este parámetro, se considera, de muy buena calidad.

VII. CUESTIONARIO

1. ¿Qué otro método para la determinación de OD existe?

A parte del método volumétrico Winkler existe el método electrométrico el cual es

utilizado para la determinación de oxigeno disuelto, este presenta precisión,

sesgos satisfactorios.

El empleo de este método mejora la calidad de los resultados analíticos en cuanto

a precisión y exactitud, aumentan la productividad del laboratorio, debido a la

simplicidad de la metodología comparada con la del método volumétrico (Winkler),

proporcionando métodos excelentes para analizar oxígeno disuelto en aguas y

aguas residuales, además de llevar a cabo perfiles de OD en ríos profundos y

lagunas.

En el método electrométrico se utiizan electrodos de membrana sensible al

oxígeno. Generalmente se utilizan membranas de polietileno y fluor o carbón que

son permeables al oxígeno molecular y relativamente rugosas

Están constituidos por dos electrodos de metal en contacto con un electrolito

soporte, separado de la disolución de muestra por medio de una membrana

selectiva

En el cátodo, que usualmente es oro o platino, ocurre la reducción del oxígeno

mientras que en el ánodo ocurre la oxidación del metal (plata o plomo).

Existen dos tipos de electrodos, los polarográficos que requieren de un tiempo de

polarización (unos 15 a 30 minutos) antes de ser utilizados pues es necesario

aplicar un potencial externo para polarizar el electrodo indicador y los galvánicos

que son de uso inmediato pues la reacción en el electrodo ocurre

espontáneamente.

2. ¿Qué equipos de muestreo para aguas profundas existen?

Las muestras cuando son obtenidas a profundidades mayores requieren de

equipos especiales como por ejemplo las botellas de tipo Van Dorn.

Figura1. Oxímetro portátil

Las botellas de Van Dorn han sido diseñadas para muestrear a profundidades del

orden de 2m o mayores. La botella posee una válvula de drenaje para la toma de

muestras y tiene una capacidad que de acuerdo a los modelos va entre 1 y 20

litros. Vienen en modelos de 2, 3 y 5 litros de capacidad y tiene un termómetro

estándar montado, con un rango de temperaturas entre -10 y +60 grados

centígrados

Las botellas Van Dorn están disponibles tanto en configuración vertical como

horizontal. Las botellas verticales son usadas en ambientes marinos y lagos

grandes y profundos, en tanto las botellas horizontales se usan en lagunas, en

muestras que deben ser colectadas justo por encima o por debajo de la termoclina

u obtenidas muy cerca del fondo.

La ventaja de la configuración vertical es que el agua fluye a través de la botella a

medida que esta descienda y de esta manera se garantiza que el agua obtenida

corresponda a la profundidad deseada. La ventaja de la configuración horizontal

es que la muestra corresponde a un rango vertical muy estrecho.

Otros equipos que permiten el muestreo son termómetro, pHmetro, conductímetro,

oxímetro, turbímetro, disco de Secchi, ecosonda portátil y transductor,

Figura2.Muestre con botellas de Van Dorn

Figura3.Botella de Van Dorn

3. ¿Cómo varia el contenido OD respecto a la profundidad en un lago?

El oxigeno disuelto en el agua de un lago disminuye a mayor profundidad sobre

todo porque no hay una recirculación del agua y además la disminución de la

transparencia del agua produce una disminución del ingreso de luz a los estratos

más profundos del lago. También la respiración de las plantas que existen en ella

utiliza mucho del oxigeno disuelto además cuando las plantas mueran llegaran a

ser degradadas por bacterias, las cuales usaran grandes cantidades de oxigeno.

4. ¿Cuáles son las fuentes principales de OD en un cuerpo de agua?

Existen dos fuentes principales de oxigeno, una de esas fuentes es el oxigeno

atmosférico que ingresa al agua y la otra es, la generación de oxígeno dentro del

cuerpo de agua por la actividad de organismos fotosintéticos.

Gráfica 1. Profundidad (m) vs Oxígeno Disuelto (mg/l)

Oxigeno atmosférico: para el ingreso de este, es necesario un gradiente apropiado

basado en las diferencias entre las presiones parciales de oxígeno en la atmósfera

y en el agua. La presión del oxígeno en el aire mueve el oxígeno dentro del agua

hasta que la presión del oxígeno en el agua y en el aire sean iguales. Cuando cesa

el movimiento del oxígeno desde el aire hacia el agua se dice que hay un equilibrio

o saturación en el oxígeno disuelto.

Aporte de oxígeno al agua a través del proceso de fotosíntesis: se produce como

resultado de la fotólisis del agua. En el día las plantas pueden producir oxígeno tan

rápidamente que su concentración puede ser superior a la del punto de saturación.

Cuando el agua contiene más oxígeno disuelto que lo que corresponde a una

determinada temperatura y presión atmosférica, se dice que el agua está

sobresaturada de oxígeno disuelto. El agua también puede tener oxígeno por

debajo del punto de saturación. La respiración de los organismos puede provocar

que el nivel de oxígeno disuelto baje, el oxígeno disuelto normalmente está por

debajo del punto de saturación por la noche.

5. ¿Por qué se agrega MnSO4 a la muestra?

Para que el MnSO4, reaccione con el álcali y forme el 2Mn (OH)2 y este reaccione

con el oxigeno disuelto presente en la muestra de agua, el oxigeno disuelto oxida

al 2Mn (OH)2 y forma el 2Mn (OH)4. Finalmente a través de una serie de

reacciones que involucren al 2Mn (OH)4, se podrá determinar indirectamente la

cantidad de Oxigeno Disuelto (OD).

6. Al valorar con solución de tiosulfato de sodio, ¿Qué se está determinado y

como se relaciona con el contenido de OD?

Se está determinando la cantidad de Yodo presente en la muestra, a partir del cual

podemos saber la cantidad de Oxigeno Disuelto presente en la misma. En la

presencia de iones de ioduro y la acidificación de la muestra con ácido sulfúrico, el

manganeso oxidado revierte al estado divalente, liberándose al mismo tiempo una

cantidad de iodo equivalente al contenido original de oxígeno disuelto en la

muestra. Finalmente el iodo liberado es cuantificado mediante una titulación con

tiosulfato. De tal manera el oxígeno disuelto en la muestra será igual al volumen

total de tiosulfato utilizado en la titulación de la muestra.

Las reacciones involucradas que se llevan a cabo son las siguientes:

Relación entre Tiosulfato de sodio y Oxígeno

VIII. BIBLIOGRAFÍA

Francisco Fuentes, Arturo Massol-Deyá. “Manual de laboratorios ecología de microorganismos”. Universidad de Puerto Rico. Tercera parte: pg. 2, 8-13. 1996.

F. Linares, Ph.D. “Protocolo - determinación de oxigeno por el método Winkler”. Universidad Autónoma Metropolitana: 1-3 pp.

(1) MnSO4 + 2KOH + 4KI → Mn(OH)2 + K2SO4 + 4KI

(2) 2 Mn(OH)2 + O2 + 4KI + 2H2O → 2Mn(OH)4 + 4KI

(3) 2Mn(OH)4 + 4H2SO4 + 4KI → 2Mn(SO4)2 + 8H2O + 4KI

(4) 2Mn(SO4)2 + 4KI → 2Mn(SO4) + 2K2SO4 + 2I2

(5) 4Na2S2O3 + 2I2 → 2Na2S4O6 + 4NaI

Volumen (mL) de Tiosulfato utilizado será igual a mg/L de Oxígeno

Claude E. Boyd. “Consideraciones sobre la calidad del agua y del suelo en cultivos de camarón”. Department of Fisheries and Allied, Aquacultures, Auburn University, Alabama 36849 USA: pp 12.

Mayarí R., Espinosa M., Milán Z., Rodríguez X y Ruíz M. Utilización de electrodos de membrana en la determinación de oxígeno disuelto y nitrógeno amoniacal en aguas residuales. Revista CENIC Ciencias Químicas, 26, 51, 1995.

Guía para la utilización de las Valijas Viajeras – Oxígeno Disuelto. Revisado en:http://imasd.fcien.edu.uy/difusion/educamb/propuestas/red/curso_2007/cartillas/tematicas/OD.pdf

Perfil promedio de salinidad. Revisado en:http://www.windows2universe.org/earth/Water/salinity_depth.html%26lang=sp

IX. ANEXO

1. Adicionamos a la muestra de agua: 1ml de MnSO4 y 1ml de Ioduro de álcali:

2. Formación del precipitado:

3. Adicionando 1ml de H2SO4:

4.

Titulando la muestra:

5. Titulación finalizada