PNT 5 TÍTULO: Demanda Química de Oxígeno

Técnicas Instrumentales de Análisis
Químico
2º CFGS
Análisis y Química Industrial
Fecha de Edición : 14/11/2013
Fecha de Revisión :
IES Castell i Domènech
CURSO: 2013-14
PNT 5 TÍTULO: Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Departamento Químicas
1.
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OBJETIVO
Determinar la cantidad de oxígeno requerido para oxidar las sustancias presentes en
una muestra de agua de río, bajo condiciones específicas de agente oxidante,
temperatura y tiempo.
2.
INTRODUCCIÓN
La descomposición de materia orgánica es uno de los procesos clave en el
funcionamiento de todos los ecosistemas acuáticos. En condiciones naturales los
ecosistemas reciclan la materia orgánica, sin embargo cuando un ecosistema recibe
cantidades anormales de materia orgánica se genera una proliferación de organismos
descomponedores, lo cual aumenta notablemente el consumo de oxígeno. Los
descomponedores liberan también un exceso de sus desechos metabólicos, como
compuestos azufrados y CO2, que cambian las condiciones físico-químicas del agua y son
tóxicos para muchos organismos.
Los compuestos orgánicos existentes en el medio acuático se pueden clasificar en dos
grandes grupos atendiendo a su biodegradabilidad, es decir, a la posibilidad de ser
utilizados por microorganismos como fuente de alimentación.
Para controlar el grado de calidad del agua se utilizan parámetros indicadores de
materia orgánica y oxígeno tales como la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y la
demanda química de oxígeno (DQO).
La DBO5 es uno de los parámetros de mayor importancia en el estudio y caracterización
de las aguas no potables. La determinación de DBO además de indicarnos la presencia y
biodegradabilidad del material orgánico presente, es una forma de estimar la cantidad
de oxígeno que se requiere para estabilizar el carbono orgánico y de saber con qué
rapidez este material va a ser metabolizado por las bacterias que normalmente se
encuentran presentes en las aguas residuales.
La DQO se define como la cantidad de oxígeno necesario, o equivalente, para oxidar
químicamente la materia orgánica susceptible de oxidación existente en un agua.
La DQO mide, tanto la materia orgánica biodegradable por los microorganismos, como la
materia orgánica no biodegradable y la materia inorgánica oxidable por el agente
químico utilizado.
REALIZADO POR:
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Carlos Ramírez Pozo
Silvia Caballero García
Luis Álvarez Rodríguez
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La relación entre ambas nos permite conocer la posibilidad o no de efectuar un
tratamiento de las aguas residuales o un tratamiento físico-químico. Esta correlación
también nos da una idea de si los vertidos que se están produciendo tienen origen
industrial.
Si DBO5 / DQO < 0.2, entonces hablamos de vertidos de naturaleza industrial, poco
biodegradables y son convenientes los tratamientos físico-químicos.
Si DBO5 / DQO > 0.6, entonces hablamos de unos vertidos de naturaleza urbana, o
clasificables como urbanos y tanto más biodegradables, conforme esa relación sea
mayor. Estas aguas residuales, pueden ser tratadas mediante tratamientos biológicos.
3.
FUNDAMENTO
El ensayo se lleva a cabo calentando, en condiciones de reflujo cerrado y durante 1h 30'
- 2 h, una muestra de agua de volumen determinado con un exceso conocido de un
oxidante químico fuerte, dicromato potásico (K2Cr2O7), en medio fuertemente ácido
(H2SO4) y en presencia de sulfato de plata (Ag2SO4), que actúa como agente
catalizador.
Cr2O72- + H2O +
H+
Cr3+ +
Cr2O72-
+
(exceso)
(M.O reducida)
H2O
(M.O oxidada)
En estas condiciones, el dicromato oxida las sustancias orgánicas e inorgánicas
oxidables presentes en la muestra, reduciéndose de Cr6+ (amarillo) a Cr3+ (verde), cuya
concentración es inversamente proporcional al consumo de oxígeno por la materia
presente.
Cr2O7-2 + 14 H+ + 6 e2 Cr3+ + 7 H2O
O2 + 4 H+ + 4 e-
2 H2O
El Cr2O7 2- consume 6 electrones al reducirse, mientras que cada molécula de oxígeno
consume 4 electrones. Por consiguiente, el consumo de 1 mol de Cr2O7 2- en la oxidación
es equivalente al consumo de 1.5 moles de O2.
Después de la digestión, el exceso de dicromato sin reducir se titula con sulfato ferroso
de amonio (Fe(NH4)2(SO4)2  6H2O), utilizando como indicador del punto final ferroina.
K2Cr2O7 + 6 Fe(NH4)2(SO4)2 + 7 H2SO4
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Cr2(SO4)3 + 6 (NH4)2SO4 + K2SO4 + 3 Fe2(SO4)3 + 7 H2O
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La DQO se expresa en mg/L de oxígeno, es decir, en términos de la cantidad de oxígeno
equivalente al oxidante químico gastado en la valoración.
4.
PRESERVACIÓN DE LAS MUESTRAS
 Guardar las muestras en botellas de vidrio preferiblemente; el uso de envases
plásticos es permisible si se asegura la ausencia de contaminantes orgánicos.
 Si la muestra tiene materia orgánica biológicamente activa, el análisis debe
realizarse inmediatamente, aunque preservada a pH 2 por adición de H2SO4 conc.
(generalmente 2 mL de H2SO4 conc./L de muestra) de esta forma puede analizarse
hasta siete días después.
 Las muestras que contengan sólidos sedimentables deben mezclarse con un
homogeneizador para obtener una muestra representativa.
5.
LIMITACIONES E INTERFERENCIAS
 Este método es aplicable para la determinación de la DQO en aguas en las que
este valor es superior a 30 mg/L. El valor máximo que puede determinarse en una
muestra sin diluir es de 700 mg/L. Para valores superiores, realizar una dilución de la
muestra original. Para mayor exactitud, es preferible que el valor de DQO de la muestra
se encuentre dentro del rango comprendido entre 300 mg/L y 600 mg/L.
 El método no es aplicable en aguas que tras su dilución contengan más de 2000
mg/L de iones cloruro, como son el agua de mar y aguas salubres.
 El catalizador (Ag2SO4) es necesario para asegurar la completa oxidación del
benceno, tolueno e hidrocarburos alifáticos de cadena recta, sin embargo algunos
compuestos heterocíclicos nitrogenados no reaccionan en estas condiciones.
 La interferencia más común son los cloruros, pues reaccionan con el dicromato
potásico dando un error en la determinación y también reaccionan con el sulfato de
plata, perdiéndose así catalizador en la reacción. Dicha interferencia, aunque no se
elimina totalmente, se reduce por adición a la muestra, antes de la ebullición a reflujo,
de sulfato de mercurio (HgSO4) en exceso, que por acomplejamiento forma el haluro
mercúrico correspondiente, muy poco soluble en medio acuoso.
6 Cl- + Cr2O72- + 14 H+
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Silvia Caballero García
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3 Cl2 + 2 Cr+3 + 7 H2O
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Hg2+ + 2 Cl-
HgCl2
 El nitrógeno amoniacal, que se forma a partir de la oxidación de la materia
orgánica, no se oxida y no interfiere en la medida.
 La presencia de agentes reductores inorgánicos tales como nitritos, sulfuros,
iones bromuro y ioduro y algunos compuestos metálicos, consumirán dicromato, por lo
tanto contribuirán a aumentar los valores obtenidos para la DQO. Sin embargo, en la
mayoría de las aguas contaminadas el contenido de materia orgánica es muy superior al
de los restantes reductores, por lo que el error cometido es despreciable y se considera
una práctica aceptable incluir la demanda de oxígeno de estos agentes como parte del
valor de la DQO global de la muestra.
6.
MATERIAL
-
7.
Bureta
Soporte para bureta
Pinza y nuez
Tubos para digestión DQO (5)
Refrigerantes para DQO (5)
-
Porcelana
Vaselina
Erlenmeyer (3)
Pipeta aforada 10 mL, 20 mL
REACTIVOS
- Solución de dicromato de potasio patrón 0.04 M: Se disuelven 12.26 g de K2Cr2O7, de
calidad estándar primaria, secado previamente a 103 ºC durante 2 horas, después se
afora a 1 L con agua destilada.
- Solución indicadora de ferroina: Se disuelven 1.485 g de 1,10-fenantrolina
monohidratada (C12H8N2  H2O) y 0.695 g de FeSO4  7 H2O en agua destilada y se diluye
hasta 100 mL.
- Sulfato de amonio ferroso (SAF) patrón para titulación, aproximadamente 0,25 M: Se
disuelven 98 g de Fe(NH4)2(SO4)2 . 6H2O en agua destilada. Le añadimos 20 mL de
H2SO4 concentrado, y lo diluimos hasta 1 L. Esta disolución debe ser estandarizada
frente a la solución patrón de K2Cr2O7 cada vez que se realice la práctica.
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- Solución de sulfato de plata: Se disuelven 10,120 g de Ag2SO4 en 1 L de H2SO4 conc.
(ρ = 1.84 g/mL). Hay que dejar reposar la disolución 1 o 2 días para que se disuelva el
Ag2SO4 y se enfríe la disolución.
- Ftalato de hidrógeno de potasio (FHP) patrón: Se disuelven 0,425 g de ftalato de
hidrógeno de potasio (HOOCC6H4COOK) secado a 105ºC, en agua destilada y se afora a
1 L. Esta solución debe dar un resultado de 500 mg O2/L ± 10 % de desviación. Es
estable hasta 3 meses cuando se congela en ausencia de crecimiento biológico visible.
8.
EQUIPOS UTILIZADOS

9.
Digestor
PROCEDIMIENTO

Estandarización SAF:
-
-
Introducir 10 mL exactamente medidos, de solución de dicromato de potasio
0,04 M en un matraz erlenmeyer de 500 mL, y diluir con agua destilada hasta
100 mL.
Añadir 30 mL de H2SO4 (ρ = 1,84 g/mL) y dejar enfriar.
Añadir 5 o 6 gotas de ferroina.
Valorar con la solución 0,25 M de SAF hasta viraje del indicador a rojo violáceo.
Repetir el proceso 3 veces.
Calcular la concentración exacta de la solución de SAF.

Proceso experimental:
- Enjuagar los tubos de digestión con una disolución 1:2 de HNO3 para eliminar
posibles restos de materia orgánica. A continuación lavar con agua y jabón.
- Pipetear 20 mL de muestra, o una alícuota convenientemente diluida de la misma,
en un tubo de digestión.
- Añadir 10 mL de solución de dicromato potásico 0,04 M y después 30 mL de
solución de sulfato de plata, lentamente y con agitación.
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PRECAUCIÓN: Mezclar por completo la mezcla de reflujo antes de aplicar calor,
para evitar el calentamiento local del fondo del matraz y una posible explosión de su
contenido.
- Hacer 3 ensayos con muestra.
- Realizar un ensayo con blanco al mismo tiempo que la determinación, siguiendo el
mismo procedimiento, pero reemplazando la cantidad de muestra por agua destilada.
- También se realiza un ensayo testigo con solución de ftalato de hidrógeno de
potasio patrón, con el que se comprueba la técnica y la pureza de los reactivos
empleados para el análisis. Seguir el mismo procedimiento que para la muestra. La
demanda teórica de esta solución es de 500 mg/L; el procedimiento experimental es
satisfactorio si se obtiene como mínimo el 96 % de este valor.
- Añadir trozos de porcelana en todos los tubos utilizados.
- Engrasar la parte esmerilada de los refrigerantes con una pequeña cantidad de
vaselina.
- Calentar a ebullición durante 1h y 30 minutos bajo refrigerante a reflujo
adaptado al tubo, a 150ºC.
- Separar los refrigerantes de los tubos y diluir la mezcla hasta aproximadamente
el doble de su volumen con agua destilada.
- Enfriar a temperatura ambiente y determinar el exceso de K2Cr2O7 con SAF,
utilizando 2 o 3 gotas de ferroina como indicador. Tomaremos como punto final de la
titulación el primer cambio de color desde el azul verdoso al marrón rojizo. El azul
verdoso puede volver a aparecer.
10.
CÁLCULOS Y RESULTADOS
𝒎𝒈
⁄𝑳 =
Donde:
𝟖𝟎𝟎𝟎 ∙𝐂 ( 𝐕𝟏− 𝐕𝟐 )
𝐕𝟎
C es la concentración en mol/L de la solución de sulfato de amonio ferroso ya calculada.
V0 es el volumen, en mL, de la muestra utilizada para la determinación antes de la
dilución.
V1 es el volumen consumido, en mL, de la solución SAF en la valoración del blanco.
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V2 es el volumen consumido, en mL, de la solución SAF en la valoración de la muestra.
* 8000 es la masa molar en mg/L de 1/2 de O2
11.
OBSERVACIONES
- El procedimiento descrito es adecuado para valores de DQO superiores a 30
mg/L.
- Ante la imposibilidad de congelar la solución patrón de ftalato, se recomienda
prepararla en el momento de realizar la práctica y desecharla una vez finalizada. Para
ello pesar 0.1062 g de ftalato y aforar a 250 mL con agua destilada.
- El material de vidrio a utilizar deberá estar libre de materia orgánica. Se
recomienda enjuagar el material con una disolución 1:2 de HNO3 y lavar con agua y jabón
a continuación.
- La digestión debe realizarse en la cabina extractora de gases.
- Es recomendable conectar el matraz al refrigerante inmediatamente después de
añadir los reactivos, ya que el calor generado por la disolución de ácido sulfúrico
concentrado puede provocar pérdida de materia orgánica volátil.
- Un color marcadamente verde de la disolución (debido al Cr3+) tras la adición del
dicromato de potasio indica que no hay exceso de este reactivo, por lo que se debe
desechar la muestra y repetir el procedimiento diluyendo la muestra original.
- Si la muestra ha sido diluida se debe tener en cuenta el factor de dilución al
realizar los cálculos.
- El agua utilizada para el ensayo del blanco y para preparar todas las disoluciones
debe de estar exenta de materia orgánica, algo que no está garantizado en agua
procedente de un simple proceso de desionización.
- Si la muestra contiene cloruros es necesario añadir una punta de espátula (0.03
g) de HgSO4 a cada uno de los tubos digestores de la muestra antes de añadir el
dicromato. Si la concentración es superior a 2000 mg/L, no es aconsejable determinar
la DQO por el método descrito. En nuestro caso no usaremos sulfato de Hg, ya que es
contaminante, y sabemos que no hay cloruros en nuestra muestra.
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- La ebullición prolongada puede hacer perder oxígeno al dicromato, aunque no
haya DQO en las muestras, falseando los resultados de la muestra e incluso del blanco.
De aquí la importancia del control de la temperatura durante la digestión.
12.
GESTIÓN DE RESIDUOS
Los reactivos usados contienen plata y sales de cromo. Sus residuos deben ser
eliminados conforme a la legislación local vigente.
13.
REFERENCIAS TELEMÁTICAS

gradocienciasdelmar.files.wordpress.com/2012/10/practica-dqo.docx
(Fundamento)



http://www.mncn.csic.es/docs/repositorio/es_ES/investigacion/cromatografia/
dqo.pdf
(Observaciones e interferencias)
http://www.drcalderonlabs.com/Metodos/Analisis_De_Aguas/Determinacion_de
_DQO.htm
(Preservación de muestras, limitaciones e interferencias)
procalidadambiental.galeon.com/Articulo_web/anal_aguas_DQO.doc
(Introducción, fundamento e interferencias)

http://www.upo.es/depa/webdex/quimfis/docencia/TAQ/TAQP4_0506.pdf
(Fundamento)

http://quimiambientalutp.files.wordpress.com/2013/09/quimica-ambientalguiaparaestudiantes.pdf
(Introducción)
http://www.limpiemoselagua.com.mx/archivos/Libros/20_Manual%20de%20Anali
sis%20de%20Aguas%20Residuales.pdf
(Fundamento e interferencias)


blog.educastur.es/analisisycontrol/files/2008/10/dqo.pdf.
(Fundamento, interferencias y gestión de residuos)
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