KALIUMPERMANGANAATIN KULUTUS

Transkriptio

1 sivu 1/6 Kohderyhmä: Työ on suunniteltu lukiolaisille Aika: n. 1h + laskut KALIUMPERMANGANAATIN KULUTUS TAUSTATIEDOT tarkoitaa veden sisältämien kemiallisesti hapettuvien orgaanisten aineiden määrää. Koeolosuhteissa hapettuvat myös pelkistyneessä tilassa olevat epäorgaaniset aineet, ellei niitä hapeteta ennen määritystä. Permanganaatilla hapettuu koeolosuhteissa vain osa orgaanisista aineista. Monet biologisesti aktiiviset aineet kuten aminohapot jäävät täysin hapettumatta. Suuret määrät kloridia häiritsevät happamassa liuoksessa, sen sijaan alkalisissa olosuhteissa kloridi jää hapettumatta. Kloridipitoisiin vesiin (Cl - yli 300 mg/l) sopii käytettäväksi alkalinen permanganaattimenetelmä happaman keiton asemasta. Happaman ja alkalisen määrityksen tulokset ovat melko lähellä toisiaan (ei kuitenkaan täysin rinnastettavissa) luonnonvesissä, joissa ei ole paljon kloridia. Jätevesistä saadaan yleensä emäksisessä keitossa hieman suurempia arvoja. Humuspitoiset vedet näyttävät hapettuvan hiukan paremmin happamissa olosuhteissa. Kemiallinen hapen kulutuksen määritys on suoritettava nopeasti näytteen oton jälkeen. Kuta enemmän orgaanista hapettuvaa ainetta vesi sisältää, sitä nopeammin sen koostumus muuttuu. Jätevesistä määritys olisi pyrittävä tekemään heti näytteenoton jälkeen ja vesitönkin vesistä viimeistään seuraavana päivänä. Muuttumista voidaan hidastaa säilyttämällä näytteitä kylmässä. 1.KMnO 4 -KULUTUS HAPPAMASSA LIUOKSESSA (hapan 10 min. keitto) SOVELTUVUUS PERIAATE Menetelmä soveltuu käytettäväksi, jos näytteessä on kloridia alla 300 mg Cl/1. Veden orgaaniset ja muut hapettavat aineet hapetetaan ylimäärällä kaliumpermanganaattiliuosta happamassa liuoksessa keittäen, jolloin permanganaatti-ioni pelkistyy 2-arvoiseksi mangano-ioniksi. Jäljelle jäänyt permanganaatti pelkistetään alussa lisätyn KMnO 4 -liuoksen kanssa ekvivalentilla määrällä oksaalihappoa. Näytteen kulutusta vastaava osa oksaalihappoa jää ylimäärin liuokseen ja tämä titrataan kaliumpermanganaatilla. Hapettuminen riippuu paitsi näytteen koostumuksesta myös hapettimen väkevyydestä, happamuusasteesta,

2 sivu 2/6 lämpötilasta ja reaktioajasta. Edellä mainituista syistä johtuen on syytä noudattaa annettuja ohjeita tarkoin. REAGENSSIT TYÖTURVALLISUUS Käytä suojatakkia, suojalaseja ja suojakäsineitä! Suolahappo ja oksaalihappo ovat syövyttäviä ja haitallisia. Huuhtele roiskeet runsaalla vedellä, tarvittaessa lääkäriin. Kaliumpermanganaatti on luokiteltu Xn - Haitalliseksi, N - Ympäristölle vaaralliseksi, O - Hapettavaksi: Aiheuttaa tulipalon vaaran palavien aineiden kanssa. Terveydelle haitallista nieltynä. Erittäin myrkyllistä vesieliöille, voi aiheuttaa pitkäaikaisia haittavaikutuksia vesiympäristössä. Palava aine. Palossa muodostuu myrkyllisiä yhdisteitä sisältäviä höyryjä. Kaikki työssä syntyvät liuokset tulee laittaa lopuksi oikeisiin ongelmajäteastioihinsa. EI VIEMÄRIIN!!!!! * kaliumpermanganaattiliuos 0,1-n: 3,16 g KMnO 4 p.a. / litra tisl. vettä Säilytä ruskeassa pullossa pimeässä. Saatavana myös ampulleissa, jolloin liuos laimennetaan mukana seuraavan ohjeen mukaan. * kaliumpermanganaattiliuos 0,01-n: Laimenna 0,1-n: 100 ml/ litra tisl. vettä. Liuoksen väkevyys muuttuu helposti; tarkista se päivittäin määrityksen yhteydessä. tarkistus: Tee näytteestä tai tislatusta vedestä KMnO 4 -kulutusmääritys ohjeiden mukaan. Pipetoi loppupisteeseen titrattuun heikosti vaalean punaiseen liuokseen 20 ml oksaalihappoa. Kuumenna liuos kiehuvaksi ja titraa 0,01-n KMnO 4 -liuoksella samaan vaalean punaiseen värisävyyn. 20 tehokerroin k = KMnO 4 -liuoksen kulutus, ml * oksaalihappoliuos 0,1-n: 6,303 g (COOH) 2 2 H 2 O / litra tisl.vettä Liuos säilyy jääkaapissa muuttumattomana 1-2 kk. Jos liuos samenee tai jos permanganaatti tarkastuksen perusteella on syytä epäillä sen väkevyyden muuttuneen, älä käytä sitä vaan tee uusi. Saatavana myös ampulleina; valmista sen mukana seuranneen ohjeen mukaan. * oksaalihappoliuos 0,01-n: Laimenna 0,1-n: 100 ml/ litra tisl.vettä * rikkihappoliuos 1+3: Lisää veteen rikkihappo: 3 osaa tisl.vettä + 1 osa väkevää rikkihappoa. (esim 750 ml H 2 O ja 250 ml H 2 SO 4 ) Lisää happoliuokseen 0,01-n KMnO 4 -liuosta kunnes hento vaaleanpunainen väri jää pysyväksi. * korkealaatuista tislattua vettä: saa olla enintään 1 ml 0,01-n KMnO 4 -liuosta/ 100 ml, mieluiten alle 0,5 ml.

3 sivu 3/6 * suolahappo (25-37 %) VÄLINEET * erlenmayer-kolvi * pipetti * keitinkiviä * titrausvälineet SUORITUS VEDEN KMnO 4 -KULUTUS ALLE 40 mg/l VEDEN KMnO 4 -KULUTUS ON YLI 40 mg/l 1. Puhdista määrityksessä käytettävä astiat: keitä niissä min. 0,001-n KMnO 4 -liuosta, johon olet lisännyt 1-5 ml rikkihappoa (1+3). Huuhtele pullot väkevällä % suolahapolla ja lopuksi tislatulla vedellä. Määrityksen jälkeen pulloja voi käyttää ilman tätä erityspesua. 2. Sekoita näyte käsin ravistamalla tai homogenoi muuten huolella. 3. Pipetoi 100 ml tutkittavaa vettä puhdistettuun erlenmayerkolviin. 4. Lisää 5 ml 1+3 laimennettua rikkihappoa ja keitinkiviä. 5. Kuumenna kiehuvaksi. 6. Pipetoi liuokseen 20 ml 0,01-n kaliumpermanganaattiliuosta. 7. Pidä liuos kiehuvana tasan 10 minuuttia. Laske aika siitä kun liuos alkaa uudestaan kiehua eli kun ensimmäiset kaasukuplat nousevat ylös. 8. Heti kun 10 min. on kulunut, pipetoi 0,01-n oksaalihappoliuosta 20 ml. 9. Titraa ylimääräinen oksaalihappo, kun näyte on vielä lähes kiehuva (yli 70 C), 0,01-n kaliumpermanganaattiliuoksella. 10. Titrauksen loppupisteessä värisävyn tulee olla juuri havaittavasti ruusunpunainen. 1. Laimenna hyvin sekoitettu/homogenoitu näyte tislatulla vedellä 100 ml:ksi. 2. Määritä KMnO 4 -kulutus edellä esitetyllä tavalla. 3. Laimennoksen on oltava sellainen, että KMnO 4 -kulutus on 5-12 ml:n välillä. 4. Määritä laimennukseen käytettävän tislatun veden KMnO 4 - kulutus erikseen.

4 sivu 4/6 LASKUTOIMITUKSET Kemiallinen hapen kulutus (KHK) KMnO 4 -kulutuksena saadaan lasketuksi tuloksista seuraavan yhtälön mukaan: 100-b 1000 KMnO 4 -kulutus mg/l = M n k 1 (a+20) - k k 1 (20+c) - k b M = KMnO 4 :n (tai hapen) ekvivalenttipaino 31,6 (hapen 8) n = KMnO 4 -liuoksen normaalisuus on 0,01 k 1 = KMnO 4 -liuoksen tehokerroin k 2 = oksaalihapon tehokerroin (1,00) a = määrityksessä kulunut KMnO 4 -liuoksen määrä ml c = tisl.veden kuluttama KMnO 4 -liuoksen määrä ml/100 ml b = määritykseen käytetty näytemäärä ml Laimentamaton näyte lasketaan seuraavan yhtälön mukaan: KHK mg KMnO 4 /l = 3,16 [ k 1 (a+20) - 20 ] Laimennetun näytteen kaava on: 100 -b 100 KMnO 4 -kulutus mg KMnO 4 /l = 3,16 [ k 1 (a+20) c ] x 100 b c = tisl.veden kulutus tasan 0,01-n KMnO 4 /100 ml kohden oli k 1 (20 + c) -20 c:n laskeminen erikseen kannattaa, koska se on sama kaikille näytteille, jotka on laimennettu yhtäaikaa ja samalla vedellä. ESIMERKKI 25 ml näytettä / 100 ml ja KMnO 4 -kulutus on 7 ml. KMnO 4 -liuoksen tarkistuksessa kului 20,4 ml ja tislattu vesi kulutti 1 ml samaa KMnO 4 - liuosta. 20 k 1 = = 0,980 20,4 c = 0,980 (20 + 1,0) - 20 = 0,6 (0,58) KMnO 4 -kulutus = 3,16 [0,980 (7 + 20) ,6]

5 sivu 5/6 = 3,16 (26, ,4) = 3,16 6,1 4 = 77 mg KMnO 4 /l Kemiallisen hapenkulutuksen tulos happena (KHK mg O 2 /l) saadaan, kun kertoimen 3,16 sijalla käytetään kerrointa 0,8. Jos kaliumpermanganaatin tuloksesta halutaan laskea tulokset happena, on tulos mg KMnO 4 /l kerrottava luvulla 0, KMnO 4 -KULUTUS ALKALISESSA LIUOKSESSA (alkalinen 10.min keitto) PERIAATE Sama kuin menetelmässä 1 (hapan keitto), paitsi että hapetus tehdään alkalisessa liuoksessa, jolloin mangaani pelkistyy 4-arvoiseksi. Lopullinen titraus tapahtuu kuitenkin happamassa liuoksessa, jolloin mangaani pelkistyy 2-arvoiseksi. SOVELTUVUUS Tämä määritys tehdään kun kloridimäärä on suurempi kuin 300 Cl mg/ l. REAGENSSIT Samat liuokset kuin happamassa keitossakin sekä lisäksi: * Natriumhydroksidiliuos 33 %: 330 g na-hydrokidia p.a./670 ml tisl. vettä Liuota NaOH varovasti: lisää vettä pienin erin ja jäähdytä liuosta välillä. (VARO -kuumenee voimakkaasti!) VÄLINEET Samat kuin menetelmässä 1. SUORITUS VEDEN KMnO 4 -KULUTUS ALLE 40 mg/l 1. Ota 100 ml hyvin sekoitettua tai homogenoitua näytettä erlenmayerkolviin. 2. Lisää 0,5 ml 33 % natriumhydroksidia ja keitinkiviä. 3. Kuumenna kiehuvaksi. 4. Lisää 20 ml 0,01-n KMnO 4 -liuosta.

6 sivu 6/6 5. Keitä tasan 10 minuuttia, laske aika siitä kun kiehuminen alkaa. 6. Lisää välittömästi 10 minuutin keittämisen jälkeen 5 ml 1+3 laimennettua rikkihappoa ja samanaikaisesti myös 20 ml 0,01-n oksaalihappoliuosta. 7. Titraa ylimäärä oksaalihappoa 0,01-n KMnO 4 -liuoksella. VEDEN KMnO 4 -KULUTUS YLI 40 mg/l 1. Laimenna sopivan kokoinen hyvin sekoitettu näyte 100 ml:ksi tisl. vedellä. 2. Suorita määritys kuten edellä. 3. Määritä tislatun veden kulutus erikseen. LASKUT Laske tulokset kuten happamassa määrityksessä.