DETERMINACION CUANTITATIVA DE IONES EN EL AGUA I.
OBJETIVOS:
Determinar la dureza del agua de caño mediante los diferentes métodos de Clark, método complexométrico, etc. Interceptar el proceso de desionizacion del agua para su aprovechamiento doméstico e industrial. II.
FUNDAMENTO FUNDAMENTO TEORICO: El agua es uno de los principales recurso necesario para la vida, además posee gran cantidad de usos industriales como doméstico. La dureza en el agua: agua: Es causada principalmente principalmente por la presencia de iones de calcio y magnesio. Algunos otros cationes divalentes también contribuyen a la dureza como son, estroncio, hierro y manganeso, pero en menor grado ya que generalmente están contenidos en pequeñas cantidades. La dureza la adquiere el agua a su paso a través de las formaciones de roca que contienen los elementos que la producen. El poder solvente lo adquiere el agua, debido a las condiciones ácidas que se desarrollan a su paso por la capa de suelo, donde la acción de las bacterias genera CO 2, el cual existe en equilibrio con el ácido carbónico. En estas condiciones de pH bajo el agua ataca las rocas, particularmente a la calcita (CaCO 3), entrando los compuestos en solución. Según el grado de dureza las aguas se clasifican de la siguiente forma: 0 – 15 mg/1 CaCO3
Muy suave
0 – 75 mg/1 CaCO3
Suave
75 – 150 mg/1 CaCO 3
agua poco-dura
150 – 300 mg/1 CaCO3
Dura
más de 300 mg/1 CaCO3 Muy dura
Cuando la dureza es numéricamente mayor que la suma de las alcalinidades de carbonatos y bicarbonatos, la cantidad de dureza que es su equivalente a esta suma se le llama dureza carbonatada, también llamada dureza temporal, temporal, ya que al elevarse la temperatura del agua hasta el punto de ebullición, el calcio y el magnesio se precipitan en forma de carbonato de calcio e hidróxido de magnesio respectivamente.
La cantidad de dureza en exceso de la carbonatada se le llama dureza de no carbonatos y se distingue como dureza permanente, es decir, no puede eliminarse por agitación térmica, sino que son necesarios procesos químicos para eliminarla del agua. Entre estos procesos se pueden mencionar el ablandamiento con cal, cal-soda e intercambiadores iónicos como ciertas resinas. Las aguas duras no causan problemas al cuerpo humano y son tan satisfactorias como las aguas blandas sin embargo, la aceptación del público es variable de un lugar a otro, y su sensibilidad depende del grado de dureza al que las personas estén acostumbradas. Muchos consumidores ponen objeción cuando la dureza del agua excede de 150 mg/1 CaCO 3. Métodos de obtención de la dureza del agua: Método de Clark: Consiste en titular una solución patrón jabonosa con un volumen determinado de agua dura hasta producir espuma permanente. Método de Hebner: Es más preciso que el método anterior y permite determinar el carbonato alcalino necesario para reaccionar con los iones Mg 3+ y Ca2+. Método Complexométrico: Se basa en la reacción de EDTA y un indicador que cambia cuando reacciona con el magnesio y el calcio. III.
TAREA PREVIA: NaOH – Corrosivo Usos: En la fabricación de papel, tejidos, etc. Industria petrolera. Riesgos: Altamente corrosivo causa daños a la salud humana. Precauciones: Trabajar en lugares frescos, no exponer al sol.
Ca(OH) 2 – Irritante Usos: Pesticidas, en la industria petroquímica, alimenticia, etc. Riesgos: Irritación por medio de inhalación. Precauciones: Manejar con cuidado, utilizar implementos adecuados.
EDTA – Toxico Usos: Dosis repetidas pueden causar anomalías en el túbulo distal. Riesgos: principal uso en el ámbito farmacológico. Precauciones: Tras inhalación tomar aire fresco.
IV.
PARTE EXPERIMENTAL: Exp. No 01: “Determinación de la dureza del agua por el método de Clark” a) Datos: 1gota=0,005ml 1ml de solución jabonosa = 1mg CaCO 3 1ppm = 1mg CaCO 3/1L muestra D Temporal = D Total – D Permanente No gotas solución jabonosa = 4 Para la D No gotas solución jabonosa = 3 Para la D
total permanente
b) Observaciones: Se observó que para calcular la dureza total, se emplearon 10ml de agua de caño al cual se agregó la solución jabonosa hasta que se forme una fina capa de espuma.
Observamos que en el cálculo de la dureza permanente se utilizó menor cantidad de gotas que en cálculo de la dureza total.
Para calcular la dureza permanente se procedió a hervir el agua de caño con la finalidad de que al filtrar este volumen de agua, eliminemos la dureza temporal o de bicarbonatos.
c) Diagrama de Flujo: d) Cálculos: Dureza Total: D Total = ( ) D Total = ( ) D Total =
= 20ppm
Dureza Permanente: D Permanente = ( )
D Permanente = ( ) D Permanente =
D Permanente = 15ppm
Dureza Temporal: D Temporal = D Total - D permanente D Temporal = 20ppm – 15ppm D Temporal = 5ppm
e) Conclusiones:
Se concluye que cuando hervimos el agua, eliminamos su dureza temporal, es decir ablandamos el agua, ya que luego de su ebullición se empleó menos gotas de la solución jabonosa.
Concluimos que este método para la determinación de la dureza del agua no es muy exacto, ya que se trabaja con número de gotas y el criterio de quien realiza la experiencia, lo cual decidirá el instante en el que se haya formado la capa de espuma.
Exp. No 02: “Determinación de la dureza del agua por el método EDTA”
a) Datos: Vg EDTA = 4,8ml Para la D Total Vg EDTA = 4,9ml Vg EDTA = 3,3ml Para la D Permanente Vg EDTA = 3,5ml Vg EDTA = 4,2ml (Para la D
Calcica
)
-1ml EDTA = 1 mgCaCO 3
b) Observaciones:
Observamos que para determinar la dureza total del agua de caño se procedió a preparar una solución de: 10ml de agua de caño + 2ml Na2S + 2ml sol. BUFFER + 2 gotas del indicador negro ericromo.
Luego de preparar la solución se procedió a titular con EDTA hasta que se observó un cambio de color de rojo a vino azul, indicando el punto de equivalencia.
Para el cálculo de la dureza permanente se procedió a preparar otra solución con los mismos reactivos que la primera, con la única diferencia de que se empleó el agua hervida del experimento en vez de los 10 ml de agua caño y se procedió a titular esta nueva solución con EDTA hasta observarse un cambio de color de rojo vino a azul verdoso.
Adicionalmente a los 2 cálculos anteriores, se procedió a determinar la dureza cálcica, para lo cual se tituló una solución de 10 ml de agua de caño + 5 ml NaOH + 4 gotas de indicador murexide con una solución de EDTA hasta que se observó un cambio de color rojo a violeta.
c) Diagrama de flujo:
Dureza total y Permanente:
TITULACION
Se adiciono indicador ericromo
Cambio al color azul
Dureza Cálcica:
TITULACION TITULACION
Se adicionó indicador
Coloración
murexide
final incolora
d) Reacciones Químicas:
Preparación de la solución a titular en la determinación de la dureza total y permanente: Ca2+ + Mg2+ + NE
Na2S + BUFFER
[Ca. Mg. NE] Sol. De color rojo vino
Titulación de las soluciones preparadas anteriormente:
[Ca. Mg. NE] + EDTA
Na2S + BUFFER
[Ca. Mg. EDTA] + NE Sol. De color azul
e) Cálculos:
Dureza Total: D
Total
= ( )
D Total =
D Total = 480ppm
Dureza Permanente: D Permanente = ( )
D Permanente =
D Permanente = 330ppm
Dureza Temporal: D Temporal = D
Total –
D Permanente
D Temporal = 480ppm – 330ppm
D Temporal = 150ppm
Dureza cálcica: D cálcica = ( )
D cálcica =
D cálcica = 420ppm f)
Conclusiones:
Conclusiones que para determinar la dureza del agua es conveniente emplear el método complexométrico ya que en este método se emplean procedimientos más exactos que en el método de Clark, como la titulación.
Se concluye que la dureza temporal del agua de caño es de 150ppm, este valor se encuentra muy alejado del hallado en el primer experimento, ya que se emplean reactivos que eliminan mayor cantidad de cationes Ca 2+ y Mg2+( especies de conforman la dureza temporal).
Exp. No 03: “Ablandamiento del agua con solución de Ca (OH) 2 / Na2CO3 ” a) Datos: No gotas Solución Jabonosa = 1 gota Vg EDTA = 1mg CaCO3 1ppm = 1 mg CaCO 3/L muestra 1gota solución jabonosa = 0,05mg CaCO 3 1ml EDTA = 1mga CaCO 3 b) Observaciones:
Observamos que para ablandar el agua de caño se le agrego 2ml de Ca(OH) 2 + 2ml de Na2CO3 a 100ml de agua de caño y se dejó reposar esta solución por 5min.
Luego de esto se procedió a filtrar la solución en un vaso de precipitados del cual se extrajo 10ml para determinar su dureza por el método Clark y 10ml mas para determinar su dureza por el método complexométrico, obteniéndose cantidades de solución jabonosa y EDTA menores a la normal, como resultado del ablandamiento del agua.
c) Diagrama de flujo:
Solución Jabonosa
Luego de la titulación queda color plomo
d) Reacciones Químicas:
Eliminación de la dureza debida a los iones calcio: Ca(CO3H)2 + Ca(OH)2 H2O + 2CaCO3 CaCl2 + Na2CO3 NaCl + CaCO3
Eliminación de la dureza debido a los iones magnesio:
Mg(CO3H)2 + 2Ca(OH)2 2H2O + Mg(OH)2 + 2CaCO3
MgCl2 + Ca(OH)2 CaCl2 + Mg(OH)2
e) Cálculos:
Determinación de la dureza del agua por el método de Clark: D Total = ( ) D Total =
D Total = 5ppm
Determinación de la dureza del agua por el método complexométrico: D Total = ( ) D Total =
D Total = 350ppm f)
Conclusiones:
Concluimos que al agregar una solución de Ca(OH)2 y Na2CO3 al agua de caño, esta disminuyo considerablemente su dureza total mediante los métodos aplicados inicialmente, los resultados obtenidos fueron menores que los del agua de caño sin ablandar.
V.
También podemos concluir que el agua de caño contiene en su mayoría compuestos de los iones Ca +2 y Mg+2, los cuales pasan a compuestos insolubles de calcio y magnesio que se precipitan al no poder ser disueltos por el agua.
Al comparar los métodos de determinación de la dureza del agua, concluimos que el método complexométrico es más exacto que el método Clark.
APORTES:
Objetivo: En grupos de 4 o 5 alumnos, discriminaran entre diversas muestras de agua la presencia de contenido salino, clasificando en aguas duras y blandas, mediante el principio de formación de espuma.
Materiales: Jabón liquido o ralladura de jabón. Una cuchara, Agua destilada, Lana. Sal común agua corriente, una regla. 3 o 4 muestras de agua mineral, sin sabor, de diversas marcas. 7 a 10 botellas plásticas de 500cc con tapa. Papel y lápiz para la confección de una tabla.
Procedimiento: Llenen hasta la 4ta parte con agua destilada una de las botellas y añadan una cucharada de jabón líquido, tápenla y agítenla con fuerza. Observen y comenten lo que ocurre en dicho proceso, luego hagan el mismo procedimiento con agua de caño. Rotulen las botellas como 1 y 2 respectivamente.
Para las botellas 3 y 4 añadan hasta la cuarta parte agua destilada. En una de ellas añadan 3 cucharadas de sal y en la otra 6. Agreguen una cucharada de jabón, tapen agiten, observen y formulen las conclusiones.
Para las botellas 5, 6 y 7(u 8), realicen el mismo procedimiento con el agua mineral sin agregarle sal.
Para que la medición se mas precisa midan con una lana y luego midan con una regla el trozo de lana utilizada, la altura de espuma que se formó desde el nivel del agua. Anoten las medidas y ordénelas de menor a mayor, indicando a quien corresponden cada altura.
