DUREZA Y CLORUROS. Fecha de la práctica: 20 de Agosto de 2013. Fecha de entrega: 19 de Agosto de 2013. Grupo: G (Martes de 12 a 2 p.m) Nombres: Angélica Noelia Miranda Espitia (1101232) Vivian Alejandra Riveros Herrera (1101252). OBJETIVOS Aprender el adecuado proceso para establecer la presencia de cloruros cloruros en las aguas, ya sea para uso doméstico, industrial o residual. Determinar por medio de la dureza la presencia de metales de tipo tipo alcalinotérreos en el agua.
1. FUNDAMENTO TEÓRICO. 1.1.
Dureza
Es una propiedad química que demuestra la presencia de metales de tipo alcalinotérreos en el agua. Como metales alcalinotérreos, se encuentran el calcio y el magnesio en aguas continentales y marinas, el bario y el estroncio únicamente en aguas marinas. La dureza que presenta el agua es resultado de la disolución y lavado de minerales que se encuentran presentes en los suelos y en las rocas. Los carbonatos de calcio y magnesio son muy abundantes en la corteza terrestre pero su solubilidad es muy baja. Sin embargo, en aguas calificadas como acidas la solubilidad de las sales mencionadas aumenta y eso es lo que ocurre en las aguas subterráneas. Según el nivel de dureza, las aguas se pueden clasificar en suaves o duras como se presenta en la tabla 1. Tabla 1. Clasificación de las aguas según su dureza.
Clasificación Suaves poco duras Duras Muy duras
Dureza (mg CaCO3 /L) 0-75 75-150 150-300 >300
Fuente: (Guillen)
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En relación con la salud, la dureza no suele ser un problema para el consumo, sin embrago, tiene efectos negativos cuando el agua se piensa usar industrialmente. De igual forma, para usos domésticos, las aguas duras presentan inconvenientes debido a que los elementos alcalinotérreos forman sales insolubles con los ácidos carboxílicos que componen los jabones, precipitándolos y reduciendo de esta forma, su acción limpiadora. (Cardenas)
1.1.1 Dureza temporal Se denomina también dureza carbonática. Corresponde a la parte de la dureza total que puede asociarse con los iones bicarbonato presentes en el agua. Es un parámetro muy importante para determinar el carácter incrustante de un agua. Su determinación analítica corresponde al contenido en bicarbonatos presentes en el agua y como máximo es igual a la dureza dur eza total del agua. No existe ningún valor de referencia basado en efectos sobre la salud. Puede ser eliminada por ebullición del agua. (Quimica del Agua)
1.1.2 Dureza Permanente Corresponde a la cantidad de calcio y magnesio restante que se asocia con los otros iones, como cloruros, sulfatos, nitratos...etc. Es la diferencia entre la dureza total y la dureza temporal y en general en las condiciones de trabajo normales no produce incrustaciones. (Quimica del Agua)
1.1.3 Dureza total Es la concentración total de calcio y magnesio presentes en el agua. No nos proporciona en sí misma ninguna información sobre el carácter incrustante del agua ya que no contempla la concentración de los iones bicarbonato presentes. (Quimica del Agua)
1.1.4 Métodos de medición La dureza se puede determinar por diferentes métodos como lo son:
Medición directa mediante electrodos de ion selectivo. Medición espectrofotométrica de absorción atómica. Método volumétrico con EDTA.
Para este laboratorio se utilizara el método volumétrico, el cual se fundamenta en la propiedad que tiene el EDTA (sal sódica del ácido etilendiamin teracético) de formar complejos estables con muchos de los metales y en el uso de indicadores apropiados. Debido a que el EDTA también forma complejos estables con iones de manganeso, hierro, cobre, plomo, cobalto, zinc, níquel y plata, el método no es aplicable a aguas residuales que contengan apreciables cantidades de estos elementos. 2
La dureza se determina en dos etapas:
Medición del calcio a pH 12 utilizando como indicador Murexida Medición del calcio y el magnesio utilizando como indicador el Negro de Eriocromo T.
El EDTA desplaza la Murexida porque su tendencia a formar complejos con el ion calcio, es un millón de veces mayor que la tendencia de la Murexida a formar complejos con este mismo ion. El EDTA desplaza al indicador NET porque su estabilidad con el ion calcio es aproximadamente un millón de veces mayor que la del complejo Ca-NET y porque su estabilidad con el ion magnesio es mil veces mayor que la del complejo MgNET. (Cardenas)
1.2 Cloruros El ion cloruro se encuentra con frecuencia en las aguas naturales y residuales, en concentraciones que varían desde unos pocos ppm hasta varios gramos por litro. El ion ingresa al agua en forma natural mediante el lavado que las aguas lluvias realizan sobre el suelo aunque la concentración de cloruros en estos cuerpos de agua tiende a ser baja, excepto cuando estas hayan sido afectadas por eventos antrópicos. Sin embargo, en las aguas subterráneas, en donde la superficie de contacto entre el agua y los materiales del subsuelo es mucho mayor, la concentración de ion cloruro suele estas directamente relacionada con la litología predominante y/o con el tiempo de permanencia del agua en el acuífero. Según la reglamentación vigente, la concentración máxima permisible para aguas de consumo humano es de 250 mg/l, sin embargo, para el caso de algunas regiones de Colombia la única fuente hídrica disponible posee concentraciones de ion cloruro que superan altamente el limite mencionado. En relación con el sabor salado producido por el ion cloruro presente en el agua, se sabe que este varía y que depende de los demás componentes presentes en el agua. Así, muestras con 259 mg/l de Cl, pueden tener un sabor salado fácilmente detectable al gusto, cuando el cloruro se halla asociado al ion sodio. Aunque cuando este ion se halla asociado con magnesio o calcio el agua no tendré este sabor si contiene hasta 1000 mg/l. Un exceso de cloruro en el agua, interfiere en el desarrollo y crecimiento vegetal y, en este sentido, su medición es importante cunado el propósito del agua es la evaluación de su aplicabilidad para el riego de cultivos. De igual forma este exceso de cloruro corroe las tuberías de conducción y demás estructuras metálicas en las aguas que se utilizan para fines industriales. (Londoño Carvajal, Giraldo Gómez, & Gutiérrez Gallego, 2010)
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1.2.1 Métodos de medición Existen diferentes métodos, entre los que se destacan: Medición por electrodo específico. Titulación con nitrato mercúrico. Titulación con nitrato de plata (argentométrico). Para la realización del laboratorio de cloruros se utilizará el último método, el cual se basa en la titulación de un volumen de muestra con una solución patrón de nitrato de plata, generalmente en concentración 0,05 N, utilizando cromato de potasio como indicador del punto final de la reacción.
Ya que el cromato de plata es mucho más soluble que el cloruro de plata, mientras que exista ion cloruro en el medio, no se formará cromato de plata y en consecuencia el sistema reaccionante lucirá como un flock acuoso amarillo, hasta un momento antes de alcanzar el punto de equivalencia. (Cardenas)
2. MUESTREO Y ALMACENAMIENTO. 2.1. Dureza Las muestras no requiere conservación y puede ser almacenadas hasta por 7 días. 2.2. Cloruros Las muestras pueden guardar en botellas de vidrio o de plástico, no se requieren cuidados especiales en su almacenaje. Mínimo de muestra 100ml. Para la preservación de la muestra no es necesario ningún reactivo si se emplea en corto tiempo (máximo 24 horas). (Granada, 2012) 3. INTERFERENCIAS. 3.1. Dureza Algunos iones interfieren produciendo puntos finales débiles o indiferencias, o provocando un consumo estequiometrico de EDTA. Esta interferencia se reduce adicionando algunos inhibidores antes de la titulación. El Mg-EDTA secuestra selectivamente a los metales pesados y libera magnesio en la muestra. La tabla 2 muestra el uso de inhibidores para cada uno de los metales. Esta basada en el uso de 25 ml de muestra diluida a 50 con agua destilada. Las materias orgánicas coloides también pueden interferir en el punto final. Se elimina esta interferencia mediante evaporación de la muestra por secado en un baño de vapor y calentamiento en la mufla a 550 °C hasta que se produzca la oxidación completa de la materia orgánica. Diluya el residuo en 20 mL de HCl 1N y neutralice a pH 7 con NaOH 1N, complete hasta 50 con agua estilada, enfrié a temperatura ambiente y continúe de acuerdo con el procedimiento general. (Londoño Carvajal, Giraldo Gómez, & Gutiérrez Gallego, 2010) 4
Tabla 2: Concentración máxima de interferencia según el inhibidor
Concentración máxima en la interferencia (mg/L) SUSTANCIA Inhibidor I Inhibidor II 20 20 Aluminio * * Bario * 20 Cadmio Más de 20 0,3 Cobalto Más de 20 20 Cobre Más de 20 5 Hierro * 20 Plomo * 1 Manganeso (+2) Más de 20 0,3 Níquel * * Estroncio * 200 Zinc * 10 Polifosfato (Londoño Carvajal, Giraldo Gómez, & Gutiérrez Gallego, 2010) 3.2.
Cloruros
Las interferencias comúnmente presentadas son:
Color: debe ser eliminado por medio de un tratamiento de la muestra con carbón activado. pH: se debe ajustar en un intervalo de 7.0 a 8.3 Si existen bromuros o yoduros, estos son titulados junto con los cloruros ocasionando resultados falsos.
(Guillen, 2011)
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4. MATERIALES Y EQUIPOS. 4.1.
Dureza
Balanza analítica
Balones Volumétricos
Fuente: (Balanzas yo reparo)
Buretas
Fuente:(PBLEQUIPO2, 2013)
Erlenmeyer
Fuente:(Instrumentos el laboratorio, 2012)
Pipetas Volumétricas Fuente: (PBLEQUIPO2, 2013)
Fuente:(PBLEQUIPO2, 2013)
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4.2.
Cloruro Probeta.
Agitador magnético
Fuente: (PBLEQUIPO2, 2013)
Erlenmeyer
Fuente: (PBLEQUIPO2, 2013)
Balón volumétrico
Fuente: (PBLEQUIPO2, 2013)
Pipetas aforadas de 20 y 59 mls.
Fuente: (PBLEQUIPO2, 2013) Fuente: (PBLEQUIPO2, 2013)
5. REACTIVOS
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5.1. Dureza Solución tampón a. Disuelva 16,9 gr. de cloruro de Amonio (NH4Cl) en 143 mL de hidróxido de amonio (NH4OH), añada 1,25 gr. de sal de magnesio de EDTA y diluya hasta 250 con agua destilada. b. Si no se dispone de Mg de EDTA, disuelva 1,179 gr. de sal disodica de EDTA, 780 mg de sulfato de Magnesio heptahidratado (MgSO 4.7H2O). o 640 mg de cloruro de Magnesio (MgCl 2+6H2O) en 50 mL de agua destilada. Esta solución se adiciona a la solución preparada de 16,9 gr. de cloruro de anomio y 143 mL de hidróxido de aminio y se diluye hasta 250 mL con agua destilada. Estas soluciones deben conservarse en frascos plásticos o de vidrio de borosilicaro, por un periodo no mayor de un mes. Se deben tapar herméticamente para evitar pérdidas de NH 3 o absorción de CO2.
5.1.1. Hidróxido de amonio grado reactivo
5.1.2. Inhibidor I: Cianuro de sodio NaCN 8
Se utiliza de la siguiente manera: ajute la muestra acida a pH 6 o mas con NaOH 0,1 N, adicione 250 mg de NaCN, luego añada tampon suficiente para obtener un pH 10.
5.1.3. Indicador II 9
Disuelva 5 gramos de Na 2S9H2O o 3,7 gr. de Na 2S.5H2O en 100 mL de agua destilada.
5.1.4. Negro de eriocromo T Disuelva 0,5 de indicador en 100 mL de trietanolanina. Agregue 2 gotas por 50 mL, de solución a titular.
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5.1.5. Tabletas de tampón indicadoras Estas se adquieren comercialmente y llevan incorporado el indicador
5.1.6. EDTA 0,01 M Pese 3,723 g de EDTA grado reactivo analítico, disuélvalos en agua destilada y afore a 1000 mL con agua destilada.
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5.1.7. Solución de calcio Estándar Pese 1000 gr. de CaCO 3 anhídrido, calidad analítico, en un Erlenmeyer de 500 mL, añada HCl + 1 hasta disolución total. Añada 200 mL de agua destilada y caliente hasta ebullición para expulsar wl CO 2. Enfrié, añada unas gotas de indicador rojo de metilo y ajuste el color naranja intermedio, agregando según se requiera NH 4OH 3N o HCL 1+1.
5.1.8. Solución Pese cuantitativamente la solución a un balón volumétrico de 1000 mL y afore con agua destilada. Esta solución tiene una concentración de 1000 mg/L de CaCO3 equivalente a una concentración 0,01 M.
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5.2.
Cloruros
5.2.1. Cromato de potasio Disolver 50.0 g de K 2CrO4 EN 100 ml de agua destilada y adicionar, gota a gota una solución de AgNO 3 hasta que se forme un nítido precipitado rojo. Se debe dejar reposar por 12 horas, filtrar y diluir a 1 l con agua destilada. Prevenciones
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(Javeriana P. U., 2013)
5.2.2. Solución patrón de Nitrato de Plata AgNO3 0,10 M (0,10 N) Disolver 17,0 g de AgNO3 en agua destilada y diluir a 1 l con agua destilada. Prevenciones
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(Javeriana P. U., 2013)
5.2.3. Solución patrón de cloruro de sodio 0,10 M (0,10 N) Pesar 5,845 g de NaCl patrón, previamente secado a 140°C, disuelva en agua destilada y aforar a 1l. Prevenciones
(C.A., 2013)
6. PROCEDIMIENTO
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6.1.
Dureza Procedimiento Dureza Dureza Baja
Dureza Alta
Tome una alicuota
Que requiera menos de 15 mL de EDTA en la titulación.
Tome 100 mL de muestra
Diluya hasta 50 mL con agua destilada
Adicione 1-2 mL de solución tam ón
Adicione cantidades proporcionales de tampón, inhibidor e indicador Hasta pH 10 Titule con la solución de EDTA
Adicione dos gotas de indicador
Titule con EDTA hasta cambio de color, de rojo vinoso a azul
Realice un blanco con agua destilada
Realice la titulación cinco minutos después de la adición tampón
Realice un blanco con agua destilada
En caso de no presentarse cambio de color, es necesario adicionar un inhibidor
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6.2.
Cloruros Procedimiento Cloruros
Tomar una alícuota de 25, 50 o 200 ml de muestra
Verificar pH de la muestra
Adicionar 1 ml de la solución indicadora Cromato de potasio al 5%
Titular con Nitrato de plata hasta obtener un color amarillo rosado
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pH entre 6-8
7. CALCULOS 7.1.
Dureza
() ( )
A: Volumen de EDTA utilizaos en ña titulación de la muestra B: Volumen de EDTA para la titulación del blanco. M: Molaridad de la solución de EDTA. Cuando se reemplaza el negro de eriocromo-T por tabletas tampón indicadoras, se reemplaza la solución buffer por solución de hidróxido de amonio (1 mL generalmente es suficiente) y el cambio de color es de rojo a un verde. (Londoño Carvajal, Giraldo Gómez, & Gutiérrez Gallego, 2010)
7.2. Cloruro A partir de la siguiente ecuación se realizan los cálculos respectivos:
( )( ) ()() ()() () (Londoño Carvajal, Giraldo Gómez, & Gutiérrez Gallego, 2010)
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()
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