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Fundação Universidade Federal de Rondônia
Campus Ji-Paraná
Curso: Engenharia Ambiental
Disciplina: Química Ambiental 2
Aula prática 2
OXIGÊNIO DISSOLVIDO
Princípio (Método de Winkler)
O método de Winkler para a medida de oxigênio dissolvido foi apresentado inicialmente por L.
W. Winkler de Budapeste, sendo inteligentemente concebido e muito preciso. O método depende da
oxidação do hidróxido manganoso (managnês bivalente) pelo oxigênio dissolvido na água, resultando
na formação de um composto tetravalente. Quando a água contendo o composto tetravalente é
acidificada, iodo é liberado a partir da oxidação do iodeto de potássio (ou de sódio). O iodo é
equivalente quimicamente a quantidade de oxigênio dissolvido presente na amostra e é determinado
por titulação com uma solução padrão de tiossulfato de sódio. As reações envolvidas pela adição dos
reagentes (KI, KOH, MnSO4 e H2SO4) na amostra de água são as seguintes:
Sulfato manganoso reage com a mistura iodeto de potássio-hidróxido de potássio para produzir
um precipitado floculento branco de hidróxido manganoso:
MnSO4 + 2 KOH
Mn(OH)2 + K2SO4
(1)
Quando o precipitado branco é obtido, não existe oxigênio dissolvido na amostra. Um precipitado
marrom indica que há oxigênio presente e que este reagiu com o hidróxido manganoso, formando um
óxido mangânico básico:
2 Mn(OH)2 + O2
(2)
2 MnO(OH)2
A partir da adição de ácido sulfúrico, este precipitado dissolve-se, formando sulfato mangânico:
2 MnO(OH)2 + 4 H2SO4
2 Mn(SO4)2 + 6 H2O
(3)
Existe uma reação imediata entre Mn(SO)4 e o iodeto de potássio adicionado previamente,
liberando iodo e resultando em uma água com coloração típica de iodo (marrom):
2 Mn(SO4)2 + 4 KI
2 MnSO4 + 2 K2SO4 + 2 I2
(4)
O número de moles de iodo liberado por esta reação é equivalente ao número de moles de
oxigênio presente na amostra. A quantidade de iodo é determinada pela titulação de uma alíquota da
solução com uma solução padrão de tiossulfato de sódio:
4 Na2S2O3 + 2 I2
2 Na2S4O6 + 4 NaI
A partir das equações (2) e (5), observa-se que, para cada mol de oxigênio molecular (O2),
lquatro moles de tiossulfato são titulados. Portanto, um mL de uma solução 0,025M de tiossufato de
sódio é equivalente a 0,025meq de oxigênio. Este valor é comumente multiplicado por 8mg,meq -1 para
converter o valor a mg de O2.
Procedimento:
A principal dificuldade na determinação da concentração de oxigênio dissolvido em águas doces
está relacionada com a coleta das amostras. É necessário que muitas amostras sejam obtidas em
lugares, horas, profundidades e condições específicas, as quais podem ou não representar as
condições médias ao longo de um período de tempo, ou a média de uma secção transversal de um
lago, rio ou outro corpo d’agua.
Além disto, as amostras devem representar as condições existentes no local da amostragem,
sem que sejam aeradas ou desaeradas artificialmente durante a coleta. As amostras não devem ficar
(5)
2
expostas por longos períodos de tempo ou a altas temperaturas, com o objetivo de evitar que algas,
bactérias ou outros organismos alterem o conteúdo de oxigênio dissolvido através de seus
metabolismos; também não se pode permitir que os gases escapem.
Coleta e preservação da amostra:
1. Coletar a amostra diretamente a partir da bomba;
2. Colocar a mangueira que vem da bomba no fundo de um frasco de DBO (Demanda
Bioquímica de Oxigênio) de 60 mL. Deixe a água fluir continuamente através do frasco,
excluindo todas as bolhas que possam ficar pressas, até que um volume três vezes superior
ao do frasco tenha sido despejado (conte o tempo necessário para encher o frasco uma vez
e então espere mais duas vezes este tempo). O fluxo da água não pode ser muito forte. Se
estiverem se formando bolhas ao fluir água, diminua o fluxo. Retire a mangueira da garrafa
gentilmente ao final do enchimento do frasco, mantendo o fluxo de água enquanto a
mangueira é retirada.
3. Imediatamente e gentilmente adicione no fundo no frasco 250µL de MnSO4 e 250µL de
NaOH + KI (ou NaI). Evite adicionar ar com a pipeta. Se estiver usando pipetador, não
pressione o êmbolo até o final, pare na primeira posição de travamento do mesmo (mesmo
que fique uma gota de reagente na ponteira do pipetador, mas assim não é adicionado ar
pelo mesmo). Tenha cuidado para não misturar as pipetas destes reagentes (atenção: o
reagentes de NaOH + K é extremamente cáustico, não pipete com a boca). Feche o
frasco deixando a tampa cair no meio da boca do mesmo, de uma altura de 1-2 cm acima da
superfície da amostra. Esta é a melhor maneira de evitar bolhas presas no mesmo. Após
fechar, é necessário prender bem a tampa, dando uma pequena girada, em um movimento
forçando a tampa contra o frasco. Agite vigorosamente. Deixe o floculado que se forma
precipitar.
4. Após o floculado precipitar (ou após 15 minutos), abra o frasco e adicione 500 µL de H 2SO4
50% (v/v, ácido sulfúrico concentrado diluído à metade). Tampe como acima e agite
vigorosamente.
5. Mantenha as amostras armazenadas submersas em caixas térmicas contendo a água do rio
amostrado. Se utilizar isopor, é necessário revesti-lo com papel de alumínio. Importante:
para evitar troca de oxigênio pela tampa, é preciso deixar sempre água nas bordas da
tampa ou deixar as amostras submersas.
Determinação do conteúdo de oxigênio dissolvido das amostras utilizando uma microbureta
HACH
6. Retire uma alíquota de 50mL da amostra com uma pipeta volumétrica e transfira-a para um
frasco Erlenmeyer de 100-150mL. Mantenha a ponta da pipeta encostada na parede lateral
do frasco durante a transferência. Coloque uma barra agitadora dentro do erlenmeyer e o
mesmo sobre um agitador magnético. Obs.: Forre o agitador magnético com um papel
branco e, se possível, ponha também papel branco atrás do erlenmeyer, para poder discernir
melhor a troca de cores durante a titulação;
7. Com a microbureta Hach cheia de solução de tiossulafto de sódio padronizado, titule até que
a solução apresente uma cor amarelo-claro.
8. Adicione duas gotas de solução de amido, o que tornará a solução azul. Proceda com a
titulação até atingir a coloração transparente. Atenção: quando a cor for muito tênue,
titule devagar. Após terminar a titulação deixe o frasco titulado na bancada, enquanto
realiza a próxima. Após 15-20 segundos, no frasco já titulado deve haver a formação de uma
coloração azulada novamente. Caso a amostra se mantenha transparente, é sinal que foi
3
adicionado mais titulante do que o necessário. Na próxima replicata, adicione menos
tiossulfato.
9. Anote o volume de tiossulfato gasto na titulação e proceda à próxima replicata ou amostra.
Cálculo da concentração de oxigênio dissolvido da amostra:
O conteúdo de oxigênio dissolvido na amostra será obtido pela equação:
mgO2 . L-1 = (mL do titulante).(molaridade do tiossulfato).(8000)
(mL da amostra).((mL do frasco – 0,5)/mL do frasco)
Anote os valores calculados com três casas decimais.
Soluções para determinação de oxigênio pelo Método de Winkler:
1. Iodato de Potássio - KIO3 – 0,125 N
Dissolver 4,459 g de KIO3 (P.A., seco a 120oC por aproximadamente 2 horas) em 1 L de água.
1.a. KIO3 – 0,00125 N (preparada no momento da análise)
Diluir 10 mL da solução de KIO3 0,125 N em 1000 mL (1 L) de água
2. Tiossulfato de Sódio - NaS2O3 – 0,25 N
Dissolver 62 g de Na2S2O3.5H2O em água. Adicionar um grânulo de NaOH ou 1 g de Na2CO3 e
completar o volume para 1 L de solução. Armazenar em frasco âmbar.
2a. Na2S2O3 aproximadamente 0,0125 N (preparada e padronizada no momento da análise).
Diluir 50 mL da solução de Na2S2O3 0,25 N em um volume final de 1000 mL (1 L).
Padronização do Na2S2O3 (Deve ser feita sempre antes de titular as amostras):
Em um erlenmeyer de 100-150 mL, pipetar 25mL da solução de KIO3 0,00125 N, adicionar 250
µL da solução alcalina de iodeto (3) e completar o volume até 50mL. Adicionar 500 µL de H2SO4 50%
(v/v) e titular com a solução de Na2S2O3 aproximadamente 0,0125 N. Calcular a normalidade do
Na2S2O3 a partir da fórmula:
Normalidade do Na2S2O3 x Volume de Na2S2O3 = Normalidade do KIO3 x Volume de KIO3,
ou,
Normalidade do Na2S2O3 = 0,03125/ volume de Na2S2O3 gasto na titulação
Obs.: Na estequiometria desta reação de oxi-redução, a razão entre Na2S2O3 e KIO3 é de 1:1.
Portanto, para 25 mL de KIO3 0,00125 N devem ser gastos 2,5 mL de Na2S2O3 0,0125 N (Lembrem-se
da regrinha básica para diluições: N1V1 = N2V2).
4
3. Solução alcalina de iodeto - KI (ou NaI) + NaOH:
Dissolva 250g de NaOH em 200mL de água. Em outro frasco, dissolva 75g de KI (P.A.) em
200mL de água. Após atingirem temperatura ambiente, misture as soluções e complete o volume para
500mL.
4. Sulfato Manganoso - MnSO4.5H2O 50% (m/v):
Dissolva 250g de MnSO4.5H2O e complete o volume para 500mL.
5. Indicador de amido:
Dissolver 1g de amido em 100mL de água. Aquecer até fervura para dissolver.
Cálculo da porcentagem de saturação:
As determinações das concentrações de oxigênio dissolvido na água por este método são muito
precisas. Entretanto, não representam a real disponibilidade deste gás para os organismos, uma vez
que suas concentrações variam em função, principalmente, da temperatura e pressão. Por exemplo,
uma amostra de água a uma temperatura de 20 graus Celsius se encontrada saturada em oxigênio
dissolvido se a concentração do mesmo for de 9,08 mg/L, ao passo que, a 30 graus Celsius esta
concentração precisa ser de 7,59 mg/L. Portanto, é importante que, além da concentração, seja também
estimada a porcentagem de saturação deste gás na água, através da equação:
% de saturação de O2 = 100x/ST,P
onde:
x= concentração de O2 na amostra;
ST,P = solubilidade do O2 à temperatura e pressão da amostra (Tabelas 1 e 2)
Exemplo: Uma amostra, cuja temperatura era de 26,5 graus Celsius, teve sua concentração de
oxigênio dissolvido determinada como sendo de 7,38 mg/L, a uma altitude de 100 metros acima do nível
do mar. A porcentagem de saturação de oxigênio desta amostra é (veja os fatores T e P marcados nas
Tabelas 1 e 2):
Saturação de O2 = 100 x 7,38 / 8,06 x 1,01 = 90,66 %
Referências Bibliográficas
1. Wetzel, R. G. & Likens, G. E. 1991. Limnological Analyses (2nd Ed.). Springer-Verlag. New York.
Págs. 69 a 80.
2. Tabelas extraídas do livro: “Methods for Physical and Chemical Analysis of Fresh Waters” IBP
Handbook N. 8, por Golterman, H.L.; Clymo, R.S. & Ohnstad, M.A., Blakwell Sci. Publ. 1978. págs. 176
e 177
3. Protocolo de análises de oxigênio dissolvido do Laboratório do Dr. Ron Benner, EUA.
5
Tabela 1. Solubilidade do oxigênio dissolvido na água em equilíbrio com o ar a uma pressão
de 760 mm Hg (nível do mar, altitude 0 m) e % de umidade relativa. Unidades em mg/L.
o
C
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
0.0
14,60
14,21
13,83
13,46
13,11
12,78
12,45
12,14
11,84
11,56
11,28
11,02
10,76
10,52
10,29
10,07
9,85
9,65
9,45
9,26
9,08
8,91
8,74
8,58
8,42
8,27
8,13
7,99
7,85
7,72
7,59
.1
14,56
14,17
13,79
13,43
13,08
12,74
12,42
12,11
11,81
11,53
11,25
10,99
10,74
10,50
10,27
10,04
9,83
9,63
9,43
9,24
9,06
8,89
8,72
8,56
8,41
8,26
8,11
7,97
7,84
7,70
7,57
.2
14,52
14,13
13,75
13,39
13,04
12,71
12,39
12,08
11,78
11,50
11,23
10,97
10,72
10,47
10,24
10,02
9,81
9,61
9,41
9,23
9,05
8,87
8,71
8,55
8,39
8,24
8,10
7,96
7,82
7,69
7,56
.3
14,48
14,09
13,72
13,36
13,01
12,68
12,36
12,05
11,76
11,47
11,20
10,94
10,69
10,45
10,22
10,00
9,79
9,59
9,39
9,21
9,03
8,86
8,69
8,53
8,38
8,23
8,08
7,94
7,81
7,68
7,55
.4
14,44
14,05
13,68
13,32
12,98
12,64
12,33
12,02
11,73
11,44
11,17
10,91
10,67
10,43
10,20
9,98
9,77
9,57
9,37
9,19
9,01
8,84
8,67
8,51
8,36
8,21
8,07
7,93
7,80
7,66
7,54
.5
14,40
14,02
13,64
13,29
12,94
12,61
12,29
11,99
11,70
11,42
11,15
10,98
10,64
10,40
10,18
9,96
9,75
9,55
9,36
9,17
8,99
8,82
8,66
8,50
8,35
8,20
8,06
7,92
7,78
7,65
7,52
.6
14,36
13,98
13,61
13,25
12,91
12,58
12,26
11,96
11,67
11,39
11,12
10,86
10,62
10,38
10,15
9,94
9,73
9,53
9,34
9,15
8,98
8,81
8,64
8,48
8,33
8,18
8,04
7,90
7,77
7,64
7,51
.7
14,33
13,94
13,57
13,22
12,88
12,55
12,23
11,93
11,64
11,36
11,10
10,84
10,59
10,36
10,13
9,92
9,71
9,51
9,32
9,13
8,96
8,79
8,63
8,47
8,32
8,17
8,03
7,89
7,76
7,63
7,50
.8
14,29
13,90
13,54
13,18
12,84
12,52
12,20
11,90
11,61
11,34
11,07
10,81
10,57
10,34
10,11
9,89
9,69
9,49
9,30
9,12
8,94
8,77
8,61
8,45
8,30
8,16
8,01
7,88
7,74
7,61
7,49
.9
14,25
13,87
13,50
13,15
12,81
12,48
12,17
11,87
11,58
11,31
11,04
10,79
10,55
10,31
10,09
9,87
9,67
9,47
9,28
9,10
8,92
8,76
8,59
8,44
8,29
8,14
8,00
7,86
7,73
7,60
7,47
Tabela 2. Variação da pressão atmosférica com a altitude
Altitude
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Pressão Atmosférica
Média (mmHg)
760
750
741
732
723
714
705
696
687
679
671
663
655
Fator
Altitude
1,00
1,01
1,03
1,04
1,05
1,06
1,08
1,09
1,11
1,12
1,13
1,15
1,16
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
Pressão Atmosférica
Média (mmHg)
647
639
631
623
615
608
601
594
587
580
573
566
560
Altitude
1,17
1,19
1,20
1,22
1,24
1,25
1,26
1,28
1,30
1,31
1,33
1,34
1,36
6