UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
PRACTICA Nº 05: DETERMINACIÓN DE CO 2 LIBRE EN EL AGUA CURSO: Química Ambiental-Laboratorio.
PROFESOR: Suárez Ramos, Diego Alonso
MESA:
5
INTEGRANTES: Barriga Huyhua, Marilyn López Segura ,David Ratto Menéndez,Pierinna Tello Vergaray, Kiara
FECHA DEL EXPERIMENTO: 24 de Abril del 2017.
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 02 de Mayo del 2017
20131006 20131017 20131023 20131031
I.
OBJETIVO 1.1.
Objetivos Principales: Determinar la cantidad de CO 2 libre en un litro de agua dejada a la intemperie por horas. Determinar el pH de la muestra de agua a trabajar. 1.2. Objetivos Específicos: Contrastar los resultados de CO2 libre en agua obtenidos en la práctica con los de la teoría según la ley de Henry. Comparar los resultados de pH con la normativa nacional e internacional.
II.
MARCO TEORICO Anhídrido carbónico (CO2) Las aguas naturales contienen cantidades significativas de CO2 disuelto como resultado tanto de la disolución del dióxido de carbono atmosférico como de la descomposición anaeróbica de la materia orgánica. La solubilidad del CO2 en al agua pura a 25°C es de 1,45 g/L, y su variación con la temperatura queda reflejada en la siguiente gráfica, donde queda patente la gran solubilidad del mismo en el agua fría. (Guevara, M.2008)
El CO2 en condiciones normales es capaz de generar el “equilibrio carbónico”, cuya formulación global corresponde a: CO2 + H2O ↔ H2CO3 K1=10-3 H2CO3 ↔ H+ +HCO3- K1=10-6.35 HCO3- ↔ H+ +CO3-2 K1=10-10.33
Se plantean tres cadenas de reacción, en la primera y tercera la cinética es de tipo heterogénea, puesto que intervienen fases gaseosa y líquida en la primera, así como líquida y sólida en la tercera. En la segunda cadena sólo interviene la fase líquida(Roques,1969). En la primera cadena se efectúa la difusión del CO2 gaseoso en el agua; el tiempo en que se establecen los equilibrios es un poco más lento que en la segunda, puesto que se requieren varios minutos, mientras que en la segunda los equilibrios se alcanzan prácticamente de manera instantánea. Este proceso se puede acelerar aumentando la presión del gas o la agitación del medio (Caro, 1965).
Factores de influyen en la presencia de CO2 libre en el agua Origen del CO2 disuelto en el agua: Respiración de los organismos acuáticos: Los animales acuáticos realizan respiración branquial que consiste en absorber el oxígeno (O 2) disuelto presente en el agua y como producto de obtiene dióxido de carbono. Asimismo, las plantas presentes en el agua realizan respiración. A medida que el Co2 aumenta el PH disminuye típicamente a valores de 7.6-7.8, aunque puede alcanzar valores de 7.5 o menos en aguas de baja salinidad o en condiciones anaeróbicas (Hernández, 2007). Descomposición de la materia orgánica: La descomposición de la materia orgánica tiene como productos de desecho dióxido de carbono, metano, ácidos orgánicos y alcoholes (Hernández, 2007). Disolución de carbonatos (calcinación): Consiste en la descomposición de carbonato de calcio de los exoesqueletos en oxido de calcio y dióxido de carbonato que solamente se realiza en muy altas temperaturas (Hernández, 2007). Agua de lluvia: Contiene gases disueltos, entre ellos CO 2, por lo que es ligeramente acida (PH~5.7) (Hernández, 2007). Eliminación del CO 2: Fotosíntesis: El PH puede aumentar en las aguas superficiales mediante el consumo de CO2 por fotosíntesis, pero normalmente no excede 8.4.
Parámetros tomados en cuenta El pH es clasificado como un contaminante secundario por la USEPA (United States Environmental Protection Agency) con un rango sugerido de 6.5 a 8.5. Los valores de pH por debajo de 6.5 podrían indicar agua corrosiva la cual puede movilizar metales en tuberías. Para valores de pH por debajo de 6.5, considere un análisis de corrosión y/o un análisis por metales (especialmente plomo y cobre). Para valores de pH por encima de 8.5 no plantea un riesgo directo en la salud
pero puede provocar obstrucción en las tuberías y calentadores de agua. Esto puede acortar la vida útil de los calentadores de agua y causar problemas en accesorios y dispositivos en el hogar. (USEPA, Regulaciones Secundarias en el Agua Potable) En el Perú la calidad estética y organoléptica del agua para consumo humano, no deben exceder las concentraciones o valores señalados en el Anexo II del Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano (DS N° 031-2010-SA), los cuales son los mismos considerados por la USEPA. En el reglamento menciona que el pH no ejerce efectos directos en los consumidores, sino que es uno de los parámetros indicadores de la calidad del agua. Se recomienda que el pH sea inferior a 8 para que la desinfección con cloro sea eficaz, además que en valores no superen un pH de 11 porque produce irritación ocular y agravación de trastornos cutáneos.
Fuente: Digesa – MINSA Según GESTA AGUA (Grupo de Estudio Técnico Ambiental)- DIGESA, para el parámetro del pH es recomendable su medición in situ, de modo que no se modifique los equilibrios iónicos. Debido al trasporte o una permanencia prolongada en recipientes cambia cuando es llevado al laboratorio. El pH debe encontrarse en un rango dependiendo la entidad que lo evalúe.
CONCENTRACIONES ESTABLECIDAS POR GUIAS INTERNACIONALES Según la EPA los valores recomendados son de 6.5 a 8.5 unidades de pH
El pH recomendable: 6.5 y 9.5 según la OMS A1: según la norma brasileña el pH establecido es 6-9, en Honduras clase: IIIA 6.5 – 8.5 y IIIB 6-9, para la normas ecuatoriana pH 6-9 A2: la norma brasileña establece pH para aguas dulces 6-9, para aguas salobres destinadas a consumo humano 6.5-8.5 para la CEE propone valores de 5.5 - 9 A3: la CEE recomienda pH 5.5-9 B1: el pH recomendado para contacto directo para aguas dulces, según la legislación brasileña: pH: 6-9, para aguas salinas pH: 6.5-8.5 la legislación chilena recomienda 6.5-8.3, Ecuador propone rangos de pH: 6-9 B2: la norma hondureña recomienda pH 5.5-9.5, para Ecuador: 6.5-8.5
ANÁLISIS O SUSTENTO DE PROPUESTA NACIONAL A1: Es recomendable para que la desinfección con cloro sea eficiente el pH debe ser inferior a 8, se establece dentro de un rango de 6.5 – 8.5 A2: los valores recomendables por la comunidad europea 5.5-9.0 B1: se recomienda un pH dentro de un rango de pH 6-9 B2: el pH más aceptable de 6.5-8.5 Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua Según el artículo 2 del Decreto Supremo N° 015-2015-MINAM, donde se dan las precisiones de las categorías de los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental (ECA) del Agua. El rango de pH de agua que puede ser potabilizada destinada al consumo humano:
Elaboración propia. Fuente: El Peruano, 2015
III.
RESULTADOS
C uadro Nº 1: C alculo de [C O 2 ] libre en ag ua a 27ºC
Fórmula
44 =
V gastado= V consumido de NaOH
0.15 ml
N NaOH
0.02028
V muestra
100 ml
[CO2]
1.3 ∗ 44 ∗ =2.95∗10− .∗− Fuente: Elaboración Propia
Cuadro Nº2: Calculo de pH a 27ºC Ecuación de acidez para el H2CO3 Constante de acidez (Ka1) [CO2]
[3] = [ +] pH= - log [ +]
+] [ ] 3 ∗ [ = [2] 4.3*10−7 2.95∗10− 1.27*10− 5.45
Fuente: Elaboración Propia C uadro Nº 3: C alculo de [C O 2 ] ac teóric o a 25ºC , s eg ún la ley de Henry
Ley de Henry para el CO 2
[CO2]ac = ∗
KH(cte. de Henry) a 25ºC
3.32*10− mol *− ∗−
[]
3.8*10−4 atm
1.26 *10-5 M Fuente: Elaboración Propia
Cuadro Nº4: Calculo de pH a 25ºC [3] ∗ [ Ecuación de acidez para el = H2CO3 [2] Constante de acidez (Ka1)
4.3*10−7
[CO2]
1.26*10− M
[3] = [ +] pH= - log [ +]
2.328*10−6
+ ]
5.63 Fuente: Elaboración Propia
Cuadro Nº5: Valores de CO2 libre en agua y pH a diferentes temperaturas. Parámetros
25ºC
27ºC
[CO2] libre en agua
1.26 *10-5 M
2.95∗10−
pH
5.63
5.45
Temperatura
Fuente: Elaboración Propia
IV.
DISCUSIONES El resultado de la concentración de CO2 práctico y teórico tienen cierta diferencia, tal como se observa en el cuadro Nº5. Esto se debe a que el primero fue hallado a 27°C, mientras que el resultado teórico se halló para los 25°C. A 27 °C la concentración de CO 2 es mayor que a 25°C, es decir, el agua se encuentra más acida a esta temperatura, lo que se corrobora al hallar el pH en cada temperatura. Aunque a mayores temperaturas la solubilidad del CO2 es menor, en este caso el agua a 27ºC permaneció en contacto con el aire; por lo tanto, estuvo expuesta a un mayor intercambio de CO2 del aire al agua, encontrando así más iones H + que hacen un pH más ácido. En la muestra de agua analizada no hay rastro de materia orgánica y durante su tiempo de exposición no hubo precipitación alguna, por lo que estos factores, que normalmente contribuyen a la concentración de CO 2 en las fuentes de agua, no tienen influencia alguna en esta. Por lo que la concentración de CO2 solo depende del CO 2 en el aire y de la temperatura en la que se encuentra la masa de agua. Según normativa nacional, las aguas que tengan al pH obtenido pueden ser aptas para un consumo humano pero pasando por un proceso de
potabilización convencional o más avanzado. En la normativa internacional solo para países como Honduras y la Comunidad Europea, consideran el pH obtenido como aceptable en calidad de agua.
V.
CONCLUSIONES Se determinó que la concentración de CO2 libre en un litro de agua dejada a intemperie a 27ºC es de 2.95∗10− . El pH del agua estudiada a la misma temperatura fue de 5.45 M.El agua analizada se encuentra en un medio ligeramente acido muy cercano a la condición neutra. La normativa nacional considera aguas con el pH de 5.45 aceptables para el consumo humano mientras que la normativa internacional es un poco más exigente ya que solo la comunidad europea y Honduras consideran aceptable este tipo de pH.
VI.
BIBLIOGRAFIA
Hidrogeoquímica. Capítulo 5: Aproximación cinética. Disponible en: http://www.fagundojr.com/index.php?IDPagina=capitulo5 Milagros Guevara Cerna. (2008). Dióxido de Carbono en disolución. 3 de mayo del 2016, de UNIVERSIDAD DE SALAMANCA AULA VIRTUAL DEL AGUA. Módulo B5. Química del Agua Sitio web: http://cidta.usal.es/cursos/quimica/modulos/Libros/Textos%20cursos/Unid2Cap 2.PDF Ministerio de Salud. Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano DS N° 031-2010-SA. Disponible en: http://www.digesa.minsa.gob.pe/publicaciones/descargas/reglamento_calidad_ agua.pdf Decreto Supremo N° 015-2015-MINAM. Disponible en: http://www.minam.gob.pe/wp-content/uploads/2015/12/Decreto-SupremoN%C2%B0-015-2015-MINAM.pdf PARÁMETROS ORGANOLÉPTICOS. Disponible en: DIGESA. http://www.digesa.minsa.gob.pe/DEPA/informes_tecnicos/GRUPO%20DE%20 USO%201.pdf Acidificación de los océanos: el otro problema de CO2. 2010. Consejo para la Defensa de Recursos Naturales. Disponible en: http://www.laondaverde.org/laondaverde/oceans/files/oceanacidification.pdf Water on the Web. Disponible en: http://www.waterontheweb.org/ Hernández Benigno (2007). Carbono en ecosistemas acuáticos de México. Instituto Nacional de Ecología. Ensenada, México. Disponible en: http://www.inecc.gob.mx/descargas/publicaciones/531.pdf
