UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL ÁREA ACADÉMIICA DE CIENCIAS BÁSICAS
INFORME N°10 LABORATORIO DE QUIMICA II QU-119 B DETERMINACIÓN CUANTITATIVA CUANTITATIVA DE IONES EN EL AGUA
ALUMNOS: X X X
NOTA
PROFESORES: X X
PERIODO ACADEMICO: X REALIZACION DEL LABORATORIO: X ENTREGA DEL INFORME
:X LIMA – PERÚ PERÚ
Objetivo general
Determinar la dureza del agua de caño mediante distintos métodos, como el método Clark y el método EDTA.
Fundamento teórico La dureza del agua Es causada principalmente por la presencia de iones calcio y magnesio; así como algunos cationes divalentes que se encuentran en pequeñas proporciones (estroncio, hierro y manganeso). La dureza es adquirida cuando el agua pasa a través de las formaciones geológicas que contienen los elementos minerales que producen dicha dureza, debido a su poder solvente, el agua disuelve e incorpora dichos minerales. Con el fin de darle un valor numérico a la dureza, lo expresamos en equivalentes de carbonato de calcio (ppm CaCO 3 o mgCaCO3/L). De esta manera, podemos clasificar el agua de acuerdo a su dureza:
Ppm de CaCO3 0-15 16-75 76-150 150-300 Mayor a 300
Denominación Muy suave Suave Media Dura Muy dura
La dureza del agua tiene una distinción compartida entre dureza temporal (o de carbonatos) y dureza permanente (o de no carbonatos). La dureza temporal se debe a los bicarbonatos y carbonato de magnesio y calcio; ésta dureza se puede eliminar por ebullición o por adición de hidróxido de calcio (Ca (OH) 2). La dureza residual se conoce como dureza permanente y es usualmente causada por la presencia de sulfato de calcio y/o magnesio. La dureza permanente puede ser eliminada por el método SODA (sulfato de sodio).
Métodos para la obtención de la dureza del agua
Método Clark Consiste en añadir gota a gota una disolución estándar de jabón a una muestra de agua hasta que se forme y se mantenga en ésta una espuma luego de una agitación vigorosa.
Método EDTA Éste agente permite valorar tanto la concentración de calcio como de magnesio.
Ablandamiento con cal y carbonato sódico Mediante el tratamiento con cal se elimina la dureza en forma de bicarbonatos; mientras que el tratamiento con carbonato sódico permite la eliminación correspondiente a los sulfatos y cloruros.
NaOH Altamente corrosivo. No exponer al sol. Ca(OH)2 Irritación por medio de inhalación. EDTA Tras inhalación tomar aire fresco. No está clasificada como peligrosa según la legislación de la Unión Europea. Na2S Provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves. Muy tóxico para los organismos acuáticos. En contacto con ácidos libera gases tóxicos. Negro de eriocromo Irrita los ojos. Tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático. Puede provocar irritación en las vías respiratorias (mediante la inhalación)
Parte experimental Experiencia N°1 Determinación de la dureza del agua por el método Clark a. Observaciones
Para que se forme la espuma estable, el agua desionizada requiere menos gotas de jabón que el agua dura y el agua hervida.
El agua hervida requiere de menos gotas que el agua dura para que se forme la espuma estable.
Durante el proceso de ebullición se pierde agua, por ello se debe reponer con agua desionizada.
b. Cálculos y Resultados
Dureza total ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
Dureza permanente ( ) ( )
()
()
Dureza temporal () () () () ()
c. Conclusiones
El agua de caño utilizada, debido a su dureza hallada, se denomina “agua media”.
El agua hervida utilizada, se denominaría “agua suave”.
Al hervir el agua se elimina su dureza temporal, es decir, se eliminó una cantidad de calcio y magnesio asociados con iones bicarbonato.
Experimento N° 2 Determinación de la dureza del agua por el método del EDTA A. Determinación de la dureza total: a. Observaciones: La solución formada al mezclar: 10mL de agua dura, 2mL (40gotas) de solución inhibidora (Na 2S), 2mL (40 gotas) de solución Buffer y 2 gotas de negro de eriocromo tiene una coloración de rojo vino o purpura. Al momento de titular esta solución con la solución valorada de EDTA, observamos que al agitar bien esta cambia a un color azul oscuro pero después de cierto tiempo esta regresa a su coloración inicial, por lo cual tenemos que seguir titulando. La solución inhibidora tiene un olor fuerte por esto se recomendaría usar mascarilla a fin de evitar molestias.
Solución después de la titulación
Solución antes de la titulación
b. Ecuaciones químicas:
(Complejo purpura o rojo vino)
(Color azul)
c. Cálculos y resultados: Datos:
Por lo tanto la dureza del agua será:
Tabla 1 Tipos de agua según su dureza total [1]
Denominación Agua muy blanda Agua Blanda Agua de baja dureza Agua mediana dureza Agua dura Agua muy dura Agua muy elevada dureza
mg/L (CaCO3) ≤ 50 ≤ 100 ≤ 150 ≤ 300 ≤ 450 ≤ 800 ≥ 800
d. Conclusiones: Se concluye que la dureza total del agua de caño es de 440 ppm, y este valor comparado en tablas nos verifica que el agua de caño es agua dura. B. Determinación de la dureza permanente: a. Observaciones: La solución formada al mezclar: 10mL del agua preparada en la parte 1.B, 2mL (40gotas) de solución inhibidora (Na 2S), 2mL (40 gotas) de solución Buffer y 2 gotas de negro de eriocromo tiene una coloración de rojo vino o purpura. Al momento de titular esta solución con la solución valorada de EDTA, observamos que al agitar bien esta cambia a un color azul oscuro que a comparación de la solución anterior esta si permanece con esta coloración por un prolongado periodo de tiempo.
Solución antes de la titulación
Solución después de la titulación
b. Ecuaciones químicas:
(Complejo purpura o rojo vino)
(Color azul)
c. Cálculos y resultados:
Por lo tanto la dureza del agua será:
Determinación de la dureza temporal:
d. Conclusiones: Se concluye que la dureza permanente del agua de caño es 390 ppm, este valor nos quiere decir que todavía hay presencia de otros metales en el agua que no pueden ser eliminados mediante la ebullición del agua. Estas sustancias pueden ser eliminadas mediante procesos químicos. La dureza temporal es de 50 ppm, esto nos indica que 50 mg CaCO3 por litro precipitaran al momento de hervir el agua, esta dureza para ser eliminada no necesita procesos químicos solamente el proceso físico de ebullición como ya lo mencionamos.
C. Determinación de la dureza cálcica: a. Observaciones: La solución formada al mezclar: 10mL de agua dura, 5mL de solución de NaOH 1M y 4 gotas de indicador murexide tiene una coloración rosado claro. Para preparar la solución anterior tuvimos que echar 4 gotas del indicador en vez de 2 gotas, ya que la coloración de la solución no era muy notoria. Al momento de titular esta solución con la solución valorada de EDTA, observamos que al agitar bien esta cambia a un color violeta claro. b. Ecuaciones químicas:
(Complejo rosado claro)
(Color violeta claro)
c. Cálculos y resultados:
Por lo tanto la dureza del agua será:
d. Conclusiones: Podemos concluir que la dureza cálcica del agua de caño es 210 ppm y esta es menor que la dureza total, lo cual tiene mucho sentido ya que el indicador murexide solo nos ayuda a cuantificar los iones Ca2+ que a comparación del indicador negro de eriocromo si nos ayuda a cuantificar los iones Ca 2+ y Mg2+. También se puede concluir que para determinar la dureza del agua con mayor exactitud sería mejor usar el indicador negro de eriocromo que el indicador murexide.
Experimento N°3 Ablandam. Del H2O con solución acuosa de Ca(OH)2 y Na2CO3 A. Determinación de la dureza temporal a. Observaciones Al agregar la solución jabonosa, las burbujas obtenidas al agitar la solución de agua ablandada con solución jabonosa deben durar un periodo de tiempo considerable (en este caso 40s). b. Ecuaciones químicas
CaOH(ac) + Na2CO3(ac) → CaCO3(ac) + NaOH(s)
c. Cálculos y resultados Según lo obtenido en el laboratorio: N° de gotas de solución jabonosa = 14 Volumen del agua ablandada = 10 mL 1 mL de solución jabonosa = 1 mg CaCO 3 1 ppm = 1 mg CaCO 3/L La dureza temporal vendría a ser:
d. Conclusión Se concluye que la dureza temporal del agua ablandada es de 70 ppm, la cual resulta ser menor a las durezas halladas en los experimentos anteriores. B. Determinación de la dureza permanente a. Observaciones Al titular la solución de agua con EDTA se procura echar lo suficiente de esta de modo que al momento que la solución obtenida mantenga su color azul por un prolongado intervalo de tiempo. b. Ecuaciones químicas
(Complejo purpura o rojo vino)
(Color azul)
c. Cálculos y resultados Según lo obtenido en el laboratorio: Volumen gastado = 3,1 mL Volumen del agua ablandada = 10 mL 1 mL EDTA = 1 mg CaCO 3 1 ppm = 1 mg CaCO 3/L Por lo tanto, tenemos como dureza total:
Como sabemos: Dureza total = Dureza permanente + Dureza temporal (Dado el resultado en el inciso “a” del experimento 3, podemos calcular la dureza
permanente) 310 ppm = Dureza permanente + 70 ppm Dureza permanente = 240 ppm
d. Conclusiones Se concluye que el valor de la dureza permanente del agua ablandada es de 240 ppm y el valor de la dureza total de esta es 310 ppm, por lo cual esta solución de agua ablandada vendría a ser un agua de mediana dureza según lo visto en la tabla 1.
e. Recomendaciones Se recomienda usar mascarilla al realizar esta experiencia debido al fuerte olor de los compuestos a utilizar, los cuales podrían resultar molestos a la hora de trabajar con ellos y hasta incluso provocar dolores de cabeza.
Cuestionario (Aplicación Industrial) La dureza del agua es de mucha importancia en diversas aplicaciones; como en la preparación de agua potable, agua en las industrias cerveceras, en los sistemas de refrigeración y alimentación de calderas. Cuando el agua es dura, ésta puede atascar las tuberías y el jabón se disolverá complicadamente, el ablandamiento del agua puede prevenir esos efectos negativos. El agua dura causa un alto riesgo de depósitos de cal en los sistemas de agua. Debido a la deposición de cal, las tuberías se bloquean y la eficiencia de las calderas y los tanques se reduce. Otro efecto negativo de la precipitación de la cal es que tiene un efecto dañino en las maquinarias domesticas, como en las lavadoras. El ablandamiento del agua significa aumentar la vida media de la maquinarias domesticas, aumentar al vida de la tuberías, expandir la vida de los sistemas de calefacción solar, aires acondicionados y muchas otras aplicaciones basadas en el agua. Debido a todo esto, existen empresas que ofrecen ablandadores para la utilización doméstica, laboratorios y aplicaciones industriales.
Referencias bibliográficas www.lenntech.es/processe/softening/softening.htm www.lenntech.es/procesos/ablandamiento/preguntas-mas-frecuentes/faq-ablandamientoagua.htm www.quiminet.com/artículos/el-ablandamiento-del-agua-18658.htm www.escritoscientificos.es/trab21a40/durezagua/pagina01.htm
