Dureza del Calcio y de Magnesio de Una Muestra de Agua

Objetivos: - Tomar la dureza Total, Cálcica y Magnésica de unas muestras de agua. - Conocer la Dureza Total y la Cálcica mediante el proceso de titulación. - Conocer la dureza magnésica a partir de la dureza total y cálcica. - Determinar la presencia de sales de calcio y de magnesio en muestras de agua.

Generalidades: La dureza del agua indica la cantidad total de iones alcalinotérreos (grupo 2 presentes en el agua y constituye un parámetro de calidad de las aguas de interés doméstico o industrial. !n las aguas naturales, la concentración de calcio y magnesio es "a#itualmente muy superior a la del resto de alcalinotérreos, por lo $ue la dureza es prácticamente igual a %Ca2&' & %Mg2&'. Tradicionalmente, la dureza del agua se "a asociado a la capacidad de los cationes presentes en la misma para sustituir los iones sodio y potasio de los a#ones, lo cual da lugar a grumos insolu#les $ue pueden consumir una cantidad importante del a#ón $ue se utiliza en la limpieza. !l agua dura dea depósitos sólidos o costras (por eemplo, car#onato cálcico en las tu#er)as pudiendo llegar a o#struirlas. *in em#argo, la dureza del agua es #ene+ciosa para el riego por$ue los iones alcalinotérreos tienden a ocular las part)culas coloidales del suelo (es decir aorecen la ormación de agregados de dic"os coloides lo cual aumenta la permea#ilidad del suelo al agua. La dureza del agua no se considera perudicial para la salud "umana. Las reacciones de ormación o rmación de compleos pueden utilizarse en análisis olumétrico para la determinación de casi todos los iones metálicos. Como agentes compleantes se

utilizan con asiduidad algunas aminas con grupos de ácido car#o/)lico. !l ácido etilendiamino-tetraacético (a#reiado !DT0 es el más ampliamente utilizado de esta clase de compuestos. *u estructura se muestra en la +gura 1. igura 13 !structura del !DT0. Los átomos de 4 ácidos se indican en negrita. 455C6C42 C426C554 &476C426C42674& 455C6C42 C426C554 455C6C42 C426C554 &476C426C42674& 455C6C42 C42 6C554 Como se puede o#serar, el !DT0 es un sistema "e/aprótico. !l !DT0 es un ácido dé#il para el cual p819:.:, p8291.;, p8<92.:, p8=92.>> p8;9>.1>, p8>91:.2=. Los cuatro primeros alores se re+eren a los protones car#o/)licos ($ue se perderán con mayor acilidad y los dos ?ltimos a los de amonio. !mplearemos las a#reiaturas "a#ituales 4>@2&, 4;@& , 4=@, 4<@A , 42@2A , ..., genéricamente (4=-m@mA , para reerirnos a las especies iónicas del !DT0 con distinto grado de disociación (desprotonación. !n la +gura 2 se representa la racción molar de estas especies en unción del p4 de la disolución. La desprotonación (pérdida de 4& por "idrólisis de los grupos car#o/)licos y amonio en disolución "ace posi#le la ormación de compleos esta#les 131 entre el !DT0 y una gran ariedad de iones metálicos multialentes Mn& (nB1, no se incluyen los metales alcalinos3 Li& , 7a& , 8& , .... ara n92 (en el caso de los alcalinotérreos la reacción de compleación se puede resumir como sigue3 M2& & (4=-m@mA  M@2A & (=Am4& (1 or eemplo, el !DT0 totalmente desprotonado (@=A  con el manganeso (Mn2& orma un compleo "e/acoordinado (Mn@2A  mediante enlaces con los cuatro "idrógenos y los dos nitrógenos. p4. 7ormalmente, el control del p4 de la disolución yEo la adición de agentes enmascarantes ($ue impidan la asociación del !DT0 con alguno de los cationes permite controlar las intererencias y aumentar la selectiidad en las aloraciones. !n el caso del Ca2& y el Mg2&, sin em#argo, las constantes de ormación de los compleos están demasiado pró/imas entre s) como para poder alorar independientemente cada uno de ellos por lo $ue es com?n realizar la determinación conunta de am#os (dureza total del agua. !n esta práctica, seguiremos un procedimiento "a#itual para la determinación de la dureza del agua mediante aloración con !DT0 a p4 1: (controlado por un tampón de cloruro amónicoEamoniaco y con negro de eriocromo T como indicador (er más a#ao. Las reacciones de compleación con sus correspondientes constantes aparentes de e$uili#rioCa2& & 4 @
42InA & 425  4In2A & 4<5& 82 9 ;.: 1:AF (=  4In2A & 425  In, el 4In2A es azul (p4 > a 12 y el In Ca2& & 4In2A  CaInA & 4& 8p41: 9 2.; 1:; (F ya $ue a p4 1: la especie del indicador $ue predomina es el 4In2A . !l !DT0 se asocia antes con el Ca2&, destruyendo el compleo CaInA . inalmente, el !DT0 se asocia con el Mg2&. La detección del punto +nal se realiza empleando la siguiente reacción indicadora3 MgInA & 42@2A  Mg@2A & 4In2A & 4& (G (roo ino (incoloro (incoloro (azul Con el +n de eitar la ormación de car#onatos insolu#les $ue retirar)an cationes de la disolución, impidiendo su detección, las muestras se pueden "erir en medio ácido para eliminar los aniones car#onato en orma de C523 C5< 2A & 24&  C52 & 425 (K La concentración indiidual de calcio y magnesio (durezas espec)+cas se pueden determinar mediante eliminación por precipitación de uno de los dos cationes. !n esta práctica precipitaremos el Ca2& en orma de o/alato cálcico (CaC25=.

Material: 1 ipeta olumétrica de ;: mL < asos de precipitados de 2;: mL. < Matraces erlen-meyer de 2;: mL 1 erilla con cánula del 7o. < 1 Matraz aorado o olumétrico de 2;: mL. 1 ipeta graduada de 1: mL. 1 *oporte uniersal 1 inza para do#le #ureta con do#le mordaza 1 ureta graduada de 2; mL. 1 Matraz aorado de 1:: mL. 1 izeta

2 !spátula 2 idrios 1 !m#udo

Reactivos: !dta *olución reguladora para dureza de calcio.

Técnica: 0 Dureza de calcio 1. reparar 2;: mL. De solución alorada de !dta :.::2 M 2. Medir ;: ml de la muestra de agua por analizar (reiamente +ltrada, si la muestra no está clara y depositarla en un matraz !rlenmeyer <. 0gregarle 2ml de sol. uNer para dureza de calcio, agitar =. 0gregarle apro/imadamente :.:1 g del indicador mure/ida ;. 0orar la #ureta con solución alorada de !DT0 :.:2 M >. Titular "asta ire del indicador del color rosa a ioleta. F. Calcular la dureza de calcio (DCa en termino de

CaC O 3

  empleando la siguiente

ormula.  D .Ca =

 M l EDTA M  EDTA Mmo lCACO 3 X  1 0

6

muestra

 Dureza de magnesio 1. La dureza de magnesio se o#tiene restándole el alor o#tenido en la práctica anterior correspondiente a la dureza total, la dureza de calcio o#tenida en esta practica D. Mg9 D.t. O D.Ca reparación de la solución reguladora de p4912 para dureza de calcio. *e disuelen 1> gramos de "idró/ido de sodio en lenteas en un 1:: ml de agua destilada.

Evidencia

Cálculos: !n esta práctica se realizaran < cálculos de los cuales de ellos dos son muy esenciales y uno de ellos es para calcular los gramos de !DT0 y se presenta a continuación3 g9 M..m

g9(o.o2 M(:.2;: lts(2K2.= gEmol g9 1.=>2 Pna ez $ue "ayas terminado todos los pasos "asta o#tener la titulación del ire del indicador de rosa a ioleta se procede a calcular la dureza de calcio (DCa en término de CaC O 3

 empleando la siguiente ormula3

 D .Ca =

 M l EDTA M  EDTA Mmo l CACO3 X 1 0

6

muestra

0gua de llae3  Tenemos $ue la concentración del !DT0 es de :.:2 M !ntonces se dice $ue a partir de la órmula3

 M =

  n°demoles V Solucion ( L )

Despeamos y decimos $ue  M . V = Numero de Moles Continuamente o#tenemos $ue el agua de llae uso G ml de !DT0, es decir G/1:-< L.  @ a"ora calculamos los moles de !DT0 $ue se usaron3

( 0.02 ) ( 8 x 10−3 )=1.6 x 10 −6 moles  PM CaCO 3=( 40.078 + 1 ) + ( 12.107 x 1 ) + ( 15.9997 x 3 )=100.0878 g Q Como necesitamos milimoles

solo lo diidimos entre mil3 :.1:::GFG 0gua de llae3 >.; ml !DT0

( 8 ) ( 1.6 x 1 0− ) (.1000878) x 1 0 4

 D .T =

6

50

9 2.;>22=F>G

0gua puri+cada3

( 3 ) ( 4 x 10 − ) (.1000878 ) x 1 0 6

 D .T =

6

50

=0.12010536

0gua de pozo3

( 1.5 ) ( 4 x 10− ) (.1000878 ) x 1 0 5

 D .T =

6

50

=0.06005268

ara calcular la Dureza del magnesio, ocupamos la siguiente ó rmula3  D . Mg = D . t − D. Ca

0gua de llae3  D . Mg =3.90342−2.56224768 =1.34117232

0gua puri+cada3  D . Mg = 4.003512−0.12010536 =3.88340664

0gua de pozo3  D . Mg =0.16014048 −0.06005268 =0.100878

Cuestionario 1. RSué se entiende por dureza total *e entiende por dureza total la suma de las durezas indiiduales de#idas a los iones de calcio, magnesio, estroncio y #ario en orma de car#onato o #icar#onato. 2. RSué es lo más indispensa#le de lo $ue dependen la composición $u)mica del agua y sus contenidos La composición $u)mica del agua y su contenido en las sales de los iones antes mencionados depende del suelo del $ue proienen. <. RCuáles son los principales elementos $ue contri#uyen a la dureza del agua !l magnesio contri#uye nota#lemente, unto con el calcio, a caracterizar la dureza de un agua. =. !s un elemento indispensa#le para el crecimiento, son consumidos por el ser "umano en alimentos y desarrollo de ciertos sistemas enzimáticos. !l magnesio. ;. R*e sa#e $ue concentraciones de magnesio en aguas superiores a 12; mgEl esto puede proocar $ué Las aguas puedan tener eectos la/antes e incluso ad$uirir un sa#or amargo, so#re todo cuando el contenido de ión sulato es nota#le. >. !s a$uella $ue contiene un alto niel de minerales, en particular sales de magnesio y calcio. !l agua calcárea o agua dura. F. RCómo puede ser eliminada la dureza temporal uede ser eliminada al "erir el agua o por la adición del "idró/ido de calcio (Ca(542. G. RCómo se elimina la dureza permanente

!sta dureza no puede ser eliminada al "erir el agua, la causa más corriente es la presencia de sulatos yEo cloruros de calcio y de magnesio en el agua, sales $ue son más solu#les seg?n su#e la temperatura, "asta cierta temperatura, luego la solu#ilidad disminuye conorme aumenta la temperatura. K. RCuáles son las medidas de dureza o grado "idrotimétrico del agua mg CaC5
Observaciones !l personal $ue estará en el la#oratorio tra#aando de#e de traer todo el e$uipo de protección personal 4acer todos los cálculos antes de empezar a tra#aar en la práctica !n caso de no tener solución !T0 ya preparada de#erás "acerla  Tener cali#rado la #alanza anal)tica ya $ue si esta no está cali#rada puede aectar en tus resultados y preparaciones Colocar el e$uipo de titulación correctamente y asegurarse de $ue este #ien suetado, ya $ue si está mal colocado puede "a#er accidentes esar de#idamente el colorante $ue se usara como indicador *) es necesario usar un em#udo para llenar la pro#eta

Cuando notes un cam#io de color en la sustancia anotar inmediatamente ya $ue esto es seHal de $ue la solución ya está alorada *) la solución no cam#ia, puede ser de#ido a la uerza detesta misma !n caso de $ue la solución no cam#io +ltrar la muestra y oler a titular con una muestra ya tratada eri+car $ue la pro#eta no tenga ugas , ya $ue esto puede aectar a la titulación !n caso de $ue tenga ugas o está $ue#rada usar otra *iempre tener cuidado ya $ue se está tra#aando con sustancias $ue pueden daHar al cuerpo !n caso de no sa#er cuál es el procedimiento para una titulación tomar como gu)a las normas o+ciales *iempre se de#en tener limpios los materiales y e$uipos con pos cuales se tra#aa Sue todas las muestras a ? oliar tengan la medida en necesaria en este caso se re$uiere 1:: ml de la muestra será pro#lema

Conclusión: Durante esta práctica olimos a recalcar toda la inormación necesaria $ue se o#tuo en la anterior y as) poder realizar los dierentes cálculos $ue lleamos a ca#o durante esta sesión o meor dic"o la realización de los cálculos de la dureza de magnesio y la dureza del calcio, aprendimos $ue la dureza del agua se e/presa normalmente como cantidad e$uialente de car#onato de calcio y se calcula genéricamente, a partir de la suma de clase concentraciones de calcio y magnesio e/istententes. De acuerdo con los criterios actuales, la dureza total se de+ne como la suma de las concentraciones de calcio y magnesio, am#os e/presados como car#onato de calcio, en miligramos por litro. !l método es aplica#le a todo tipo de aguas, siempre $ue no sean altamente coloreadas, salinas o con altos contenidos de metales. Las aguas residuales o contaminadas de#en someterse preiamente a una digestión ácida.

Bibliografía: "ttps3EEXXX.upo.esEdepaEXe#de/E$uim+sEdocenciaET0SEcurso:=:;ET0S2Y:=:;.pd  "ttps3EEXXX.youtu#e.comEXatc"9nT>Zzu8to[G