VOLUMETRIA COMPLEXOMETRICA Introducción: Las volumetrías complexométricas se basan en la reacción de complejación (formación de complejos) de un ión metálico Men+ con ligandos llamados complexonas. La complexona más utilizada es la sal disódica del ácido etilenodiaminotetraacético, (Na2H2Y) llamado coloquialmente EDTA. El ligando complejante es en realidad el aniónY4-. El punto final de la valoración se detecta mediante un indicador metalocrómico, que cambia de color en función de la |Men+| en disolución (de forma análoga a como un indicador ácido-base cambia de color en función de la |H3O+|).
Objetivo: Aplicar los principios principios básicos de la volumetría volumetría por formación de complejos en la determinación de la dureza en una muestra de agua.
Dureza del agua: Se denomina dureza del agua a la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio. El agua denominada comúnmente como “dura” tiene una elevada
concentración de dichas sales y el agua “blanda” las contiene en muy poca cantidad. La unidad de medida de la dureza que se utiliza más habitualmente son los grados hidrométricos franceses (º H F), y el cálculo de este parámetro responde a la siguiente fórmula: (mg/l Ca x 2.5 + mg/l Mg x 4.2) /10
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Generación de la dureza del agua: La
presencia
de
sales
de
magnesio
y
calcio
en
el
agua
depende
fundamentalmente de las formaciones geológicas atravesadas por el agua de forma previa a su captación. Las aguas subterráneas que atraviesan acuíferos carbonatados (calizas) son las que presentan mayor dureza y dichos acuíferos están formados por carbonatos de calcio y magnesio. Las
aguas
subterráneas
procedentes
de
acuíferos
con
composición
eminentemente silicatada (p.e. granitos) dan lugar a un agua blanda, es decir, con cantidades muy bajas de sales de calcio y magnesio.
Influencia del agua dura en nuestra vida: Un efecto muy visible en aguas de distinta dureza (un agua “dura y un agua “blanda”) es su diferente comportamiento ante la adición de jabón. En presencia
de la misma cantidad de jabón, la aparición de espuma es mucho menor si se trata del agua “dura”, ya que el calcio y el magnesio reaccionan con los compuestos
que forman el jabón y dejan de ser efectivos, con la consiguiente necesidad de añadir más cantidad de jabón si nos encontramos en este extremo. El efecto más conocido en lugares en los que el agua de abastecimiento presenta una elevada dureza es la formación de incrustaciones calcáreas (comúnmente denominadas como cal). Es importante conocer la dureza del agua de abastecimiento de nuestra localidad, ya que ese dato nos permite ajustar el funcionamiento de determinados electrodomésticos que ofrecen dicha posibilidad (sobre todo lavadoras y lavavajillas). Esta regulación previa del aparato permitirá que se operen cambios en el funcionamiento del mismo en función del valor seleccionado y de este modo se compensen los efectos negativos que un agua de elevada dureza puede provocar, con el consiguiente mejor funcionamiento y mayor duración del electrodoméstico.
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Según el grado de dureza las aguas se clasifican de la siguiente forma: 0 – 75 mg/1 CaCO3
agua blanda
75 – 150 mg/1 CaCO 3
agua semi-dura
150 – 300 mg/1 CaCO 3
agua dura
más de 300 mg/1 CaCO 3
agua muy dura
La dureza del agua se expresa en mg/l de carbonato de calcio (CaCO 3). http://www.facsa.com/el-agua/calidad/La%20dureza%20del%20agua
Tipos de Dureza: Dureza temporaria o dureza de carbonatos (CO3-2): constituida por carbonato ácido de calcio o magnesio. Estos bicarbonatos precipitan cuando se calienta el agua transformándose en carbonatos insolubles.
Dureza permanente: debida a la presencia de sulfatos (SO 4-2), nitratos (NO 3-) y cloruros de calcio (CaCl 2) y magnesio (MgCl 2). Esas sales no precipitan por ebullición.
Dureza total: es la suma de la dureza temporaria y la permanente. Las aguas duras traen aparejada una serie de inconvenientes, con incidencia fundamentalmente económica: mayor consumo de jabón, incrustaciones en cañerías y tanques de agua, baja calidad delas infusiones, aumento de costos en las industrias debido a la necesidad de efectuar tratamientos para ablandar el agua, etc. Las incrustaciones en cañerías e instalaciones en general, promueven la formación de biofilms (membranas orgánicas) que alojan organismos patógenos (bacterias, etc.). http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/DurezaAg.htm
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Ablandamiento del agua: Método de cal – soda El proceso de ablandamiento con cal – soda (Ca(OH)2 – Na2CO3) precipita la dureza del agua. En este proceso se llevan a cabo las siguientes reacciones, las cuales se deben de tener en consideración para estimar las cantidades de cal y soda necesarias para el ablandamiento. 1. CO2 + Ca(OH)
2
→ CaCO3 + H2O
2. Ca (HCO3)2 + Ca (OH)
2
→ 2CaCO
3
3. Mg (HCO3)2 + Ca (OH)
2
→CaCO
+ MgCO3 + 2H2O
4. MgCO3 + Ca(OH)
2
→ Mg(OH) 2 + CaCO3
5. 2NaHCO3 + Ca(OH) 6. MgSO4 + Ca(OH)
2
3
+ 2H2O
2
→CaCO
3
+ Na2CO3 + 2H2O
→ Mg (OH) 2 + CaSO4
7. CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4
Método de intercambio iónico Este método es una aplicación de un viejo proceso que desde hace años se ha usado para suavizar el agua doméstica. El sistema funciona mediante el intercambio de iones de una solución con los iones de carga similar de una resina. Cuando se utiliza el intercambio iónico para recuperar plata el complejo de tiosulfato de plata, de carga negativa, que se encuentra en el agua de lavado o en una mezcla de aguas de lavado residuales, se intercambia con el anión de la resina. A esto se le llama paso de agotamiento, y se realiza haciendo fluir la solución a través de una columna que contiene la resina. Se utilizan tres sistemas comunes de intercambio iónico: el intercambio iónico convencional, la precipitación in situ y el circuito electrolítico de intercambio iónico (combinación de los dos primeros métodos).
Intercambio iónico convencional La unidad de intercambio iónico colecta la plata del blanqueador-fijador. Después se relava con tiosulfato de amonio [(NH4) 2S2O3)] y, luego se desplata electrolíticamente. El efluente que sale de la unidad de desplatado se usa entonces para la siguiente etapa de relavado.
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Intercambio iónico con precipitación in situ Se utiliza ácido sulfúrico diluido para que la plata se precipite en los trozos de resina como sulfuro de plata, en vez de extraerla con un regenerador. La resina puede usarse en muchos ciclos sin que pierda su capacidad de recuperar plata. Cuando finalmente la pierde (al cabo de seis meses a un año), o cuando la plata es insuficiente para que la recuperación sea costeable, la resina se envía a un refinador de plata, que la incinera para extraer el metal.
Sistema electrolítico e intercambio iónico combinados Este método usa un sistema electrolítico para la recuperación primaria, y un sistema de intercambio iónico con precipitación in situ para desplatar aún más el efluente. http://www.textoscientificos.com/quimica/dureza-ablandamiento-agua
Determinación cuantitativa de la dureza del agua: La dureza total del agua de calcio y magnesio, se puede determinar por medio de una titulación directa con EDTA utilizando como indicador el negro eriocromo T o la calmagita. El complejo que se forma entre el Ca 2+y el indicador es demasiado débil para que ocurra el cambio de color adecuado. Sin embargo, el magnesio forma un complejo más estable que el calcio y se obtiene un punto final apropiado en un amortiguador de amoniaco a pH 10. Si la muestra no contiene magnesio se puede agregar un poco de sal de magnesio al EDTA antes de estandarizarlo. De esta manera, el titulante(pH 10) es una mezcla de MgY 2-y Y4-y cuando se agrega a la solución que contiene Ca 2+, se forma la sal CaY 2-, que es más estable, y se libera el Mg2+que reacciona con el indicador para formar el MgIn -de color rojo. Cuando todo el calcio se haagotado, el titulante adicional convierte el MgIn -en MgY2-y el indicador regresa a la forma Hin2-decolor azul.
ACIDO ETILENDIAMINOTETRACETICO (EDTA) http://instrumentalesuv.com/files/Det_durezas.pdf
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
INFORMACIÓN ADICIONAL Tipos de agua: Existen diferentes tipos de agua, de acuerdo a su procedencia y uso: Agua potable. es agua que puede ser consumida por personas y animales sin riesgo de contraer enfermedades.
Agua salada. Agua en la que la concentración de sales es relativamente alta (más de 10 000 mg/l).
Agua salobre. Agua que contiene sal en una proporción significativamente menor que el agua marina. La concentración del total de sales disueltas está generalmente comprendida entre 1000 - 10 000 mg/l. Este tipo de agua no está contenida entre las categorías de agua salada y agua dulce.
Agua dulce. Agua natural con una baja concentración de sales, generalmente considerada adecuada, previo tratamiento, para producir agua potable.
Agua dura. Agua que contiene un gran número de iones positivos. La dureza está determinada por el número de átomos de calcio y magnesio presentes. El jabón generalmente se disuelve mal en las aguas duras.
Agua blanda. Agua sin dureza significativa. Aguas negras. Agua de abastecimiento de una comunidad después de haber sido contaminada por diversos usos. Puede ser una combinación de residuos, líquidos o en suspensión, de tipo doméstico, municipal e industrial, junto con las aguas subterráneas, superficiales y de lluvia que puedan estar presentes.
Aguas grises. Aguas domésticas residuales compuestas por agua de lavar procedente de la cocina, cuarto de baño, fregaderos y lavaderos.
Aguas residuales. Fluidos residuales en un sistema de alcantarillado. El gasto o agua usada por una casa, una comunidad, una granja o una industria, que contiene materia orgánica disuelta o suspendida.
Aguas residuales municipales. Residuos líquidos originados por una comunidad, formados posiblemente por aguas residuales domésticas o descargas industriales.
Agua bruta. Agua que no ha recibido tratamiento de ningún tipo o agua que entra en una planta para su tratamiento.
Aguas muertas. Agua en estado de escasa o nula circulación, generalmente con déficit de oxígeno.
Agua alcalina. Agua cuyo pH es superior a 7. Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Agua capilar. Agua que se mantiene en el suelo por encima del nivel freático debido a la capilaridad.
Agua de adhesión. Agua retenida en el suelo por atracción molecular, formando una película en las paredes de la roca o en las partículas del suelo.
Agua de desborde. Agua que se inyecta a través de una fisura en una capa de hielo.
Agua de formación. Agua retenida en los intersticios de una roca sedimentaria en la época en que ésta se formó.
Agua de gravedad. Agua en la zona no saturada que se mueve por la fuerza de gravedad.
Agua de suelo. Agua que se encuentra en la zona superior del suelo o en la zona de aireación cerca de la superficie, de forma que puede ser cedida a la atmósfera por evapotranspiración.
Agua disfórica. Agua pobre en nutrientes y que contiene altas concentraciones de ácido húmico.
Agua estancada. Agua inmóvil en determinadas zonas de un río, lago, estanque o acuífero.
Agua fósil. Agua infiltrada en un acuífero durante una antigua época geológica bajo condiciones climáticas y morfológicas diferentes a las actuales y almacenada desde entonces.
Agua freática. Agua subterránea que se presenta en la zona de saturación y que tiene una superficie libre.
Agua funicular. Agua presente en los mayores poros que rodea las partículas del suelo formando, en los puntos de contacto con dichas partículas, anillos que se fusionan entre ellos.
Agua primitiva. Agua proveniente del interior de la tierra que no ha existido antes en forma de agua atmosférica o superficial.
Agua magmática. Agua impulsada hasta la superficie terrestre desde gran profundidad por el movimiento ascendente de rocas ígneas intrusivas.
Agua metamórfica. Agua expulsada de las rocas durante el proceso de metamorfismo.
Agua vadosa. Cualquier agua que aparece en la zona no saturada. Agua subterránea. Agua que puede ser encontrada en la zona saturada del
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
suelo, zona formada principalmente por agua. Se mueve lentamente desde lugares con alta elevación y presión hacia lugares de baja elevación y presión, como los ríos y lagos .
Agua superficial. Toda agua natural abierta a la atmósfera, como la de ríos, lagos, reservorios, charcas, corrientes, océanos, mares, estuarios y humedales. Fuente: Centro del Agua del Trópico Húmedo para la América Latina y el Caribe (CATHALAC) http://www.agua.org.mx/index.php?option=com_content&view=category&id=16&Ite mid=41
Aguas Servidas Las aguas servidas o aguas negras son los desechos líquidos provenientes del uso doméstico, comercial e industrial. Llevan disueltas o en suspensión una serie de materias orgánicas e inorgánicas. Provienen de la descarga de sumideros, fregaderos, inodoros, cocinas, lavanderías (detergentes), residuos de origen industrial (aceites, grasas, curtiembres, etc.). Donde existen sistemas de alcantarillado todas confluyen a un sistema colector de aguas cloacales, que debería terminar en una planta de tratamiento. El contenido orgánico susceptible de ser descompuesto en forma natural (biodegradación) puede llegar al 80% de las sustancias de las aguas servidas. En su depuración natural (autodepuración) o artificial (plantas de tratamiento de aguas residuales) ese contenido es eliminado o transformado, incluyendo parte de las sustancias inorgánicas. La parte de la materia orgánica contaminadora se mide internacionalmente en términos de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que es la cantidad de oxígeno absorbida por la oxidación biológica de los componentes orgánicos biodegradables de una muestra de agua. Se expresa en partes por millón (ppm) o miligramos por litro (mg/1) de oxígeno consumido. El ciudadano urbano, normalmente, produce entre 40 y 60 gramos DBO/día.
IMPORTANTE:
En el Perú las plantas de tratamiento son escasas y, por lo general, las aguas servidas son vertidas al mar, los ríos o los lagos, dando origen a una seria contaminación de las aguas por saturación de materia orgánica y por los patógenos contenidos (bacterias, virus, huevos de parásitos, etc).
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Las aguas servidas deben tratarse antes de ser vertidas en el ambiente, y para esto existen sistemas adecuados.
TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES: El tratamiento de las aguas servidas se divide en cuatro etapas principales: • Tratamiento primario: consiste en la separación dé la materia suspendida por medios mecánicos (cribado, coagulación, floculación y sedimentación). Se obtiene una purificación del 30 al 50%. Se puede hacer mediante una laguna artificial, donde converja el agua servida. • Tratamiento secundario: después del tratamiento primario, las aguas son sometidas a la acción de microorganismos a través de Iodos activados, filtros percoladores y del lecho de contacto o lecho bacteriano. La eficiencia lograda oscila entre 85 y 93%. " eficiencia en la eliminación de sales minerales (fósforo, nitrógeno) es baja. En poblados pequeños y medianos se puede lograr esto con una segunda laguna artificial a continuación de una primera.
• Tratamiento terciario o tratamiento avanzado: es el procedimiento final, capaz de remover contaminantes reacios como las sales solubles (fosfatos y nitratos). Se usan diversos procedimientos, según el uso posterior que se quiera dar al agua. La adición de alúmina férrica y cloración produce agua limpia, libre de bacterias, adecuada para la industria. Con filtros rápidos y coaguladores (sulfato de aluminio, polielectrolitos, sustancias orgánicas poliméricas) se logran eliminar las sales minerales. Este proceso es capaz de eliminar el 98% de los contaminantes. • Tratamiento de los lodos: los restos sedimentados o Iodos, provenientes de las aguas servidas, deben ser tratados y transformados en abonos orgánicos.
Hoy en día existen tecnologías muy adecuadas para estos tratamientos. Para poblados pequeños bastan tres lagunas contiguas, en lugares especiales y seguros. En esas lagunas se dejan crecer plantas (totora, carrizo, lirio de agua) que ayudan a purificar el agua.
http://www.peruecologico.com.pe/lib_c26_t04.htm
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Aplicaciones del agua tratada En resumen, puede decirse que el agua tratada, bien sea la procedente de aguas grises, de aguas residuales o de agua de lluvia, puede utilizarse para cualquier aplicación en la que se necesite agua dulce limpia que no sea potable. Es decir, en ámbito doméstico, puede utilizarse para cualquier cosa que no sea beber, cocinar o lavarse. De estos consumos, beber o cocinar requiere de muy pocos litros al día; es sólo la higiene personal la que consume cantidades más elevadas de agua potable, y es precisamente esta agua la que se aprovecha para su tratamiento y posterior reutilización. Los usos más habituales de las aguas tratadas en el ámbito doméstico son:
Riego: el riego consume grandes cantidades de agua, especialmente si disponemos de un jardín.
Limpiezas de todo tipo: también gran consumidora de agua potable, que no resulta necesaria para nada en este tipo de uso: la limpieza de la casa o el coche puede realizarse con aguas grises tratadas.
El agua de la
lavadora tampoco requiere de agua potable, por lo que
también puede aplicarse a este uso. http://www.greywaternet.com/aplicaciones-aguas-grises.html
Equipos e Insumos para Agua y Vapor: ● Resinas de intercambio iónico para desmineralización de agua, pulidores de condensado, ablandamiento de agua, y aplicaciones especiales de procesos de azúcar, refinación de jugos, y otros. ultra y nanofiltración para ● Membranas para Osmosis Inversa, desmineralización de agua, y aplicaciones especiales de purificación. Filtros de cartucho y componentes. ● Rellenos para filtros de agua Industriales como gravas soportantes, arenas y/o carbón tipo antracita. ● Rellenos para filtros de agua Industriales base carbón activado, para decloración y remoción de materia orgánica. ● Toberas para filtros de agua y equipos de desmineralización Industriales, en todos sus tipos y dimensiones. Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
● Filtros de Bolsas y auto limpiantes para aguas y purificación de otros fluidos. ● Bombas dosificadoras tipo diafragma, pistón o engranajes y equipos completos de dosificación. ● Trampas para vapor, agua y aire tipo balde invertido, flotador, termostáticas y termodinámicas. ● Válvulas de purga para lodos o de purga contínua para calderas de todo tipo. ● Medidores de flujo para agua fría y caliente, en diseños tipo turbina, hélice o disco.
Equipo de osmosis.
Equipo de ablandamiento con resinas de intercambio iónico.
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Materiales:
Soporte
Bureta
Matraz
Piceta
Universal
Pipeta
Vaso ppdo.
Probeta
Reacctivos: Solucion EDTA standard 0.01 N. Indicador Negro de Ericromo. Solucion Buffer de PH 10. Agua destilada. Agua potable. Agua hervida.
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Procedimientos: 1ra Prática: Determinar la Dureza del Agua Potable: 1. Llenar una probeta con 10 ml de agua potable y verter en un matraz. 2. Añadir 3 ml de solución Buffer PH 10 al matraz, luego 3. Agregar trazas de indicador Negro de Ericrómo (NET) al mismo Matraz. (Se observa que al agregar las trazas de (NET) el agua cambia a color Grosella (rojizo pálido). 4. Llenar la bureta con la solución EDTA, enrazar h asta cero “0” y colocar en el Soporte Universal. 5. Colocar el matraz en la base del soporte universal y abrir lentamente la llave hasta que caiga gota a gota la solución de EDTA, iniciando la titulación. 6. Agitar el matraz hasta que la solución cambie de color grosella a azul pálido. 7. Anotar el gasto de la solución EDTA y calcule la dureza del agua en mg CaCO3/litro ó ppm. El gasto de EDTA fue:3.3 ml.
Dureza total(mg CaCO3/l) o(ppm) = ml EDTA * 1000 * f ml de muestra f( factor experimental)=0.8
Final de titulación.
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
2da Prática: Determinar la Dureza del Agua Hervida: 1. Llenar una probeta con 10 ml de agua potable y verter en un matraz. 2. Añadir 3 ml de solución Buffer PH 10 al matraz, luego 3. Agregar trazas de indicador Negro de Ericrómo (NET) al mismo Matraz. (Se observa que al agregar las trazas de (NET) el agua cambia a color Grosella (rojizo pálido). 4. Llenar la bureta con la solución EDTA, enrazar hasta cero “0” y colocar en el Soporte Universal. 5. Colocar el matraz en la base del soporte universal y abrir lentamente la llave hasta que caiga gota a gota la solución de EDTA, iniciando la titulación. 6. Agitar el matraz hasta que la solución cambie de color grosella a azul pálido. 7. Anotar el gasto de la solución EDTA y calcule la dureza del agua en mg CaCO3/litro ó ppm. El gasto de EDTA fue:1.0 ml.
Cálculos: 1era Práctica: Dureza del agua potable: Dureza total(mg CaCO3/l) o(ppm) =3.3 ml EDTA * 1000 *0.8 10ml de H2O = 264 mg/l = 264 ppm.
o
f( factor experimental)=0.8
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
2da Práctica: Dureza del agua hervida: Dureza total(mg CaCO3/l) o(ppm) =1.0 ml EDTA * 1000 *0.8 10ml de H2O = 80 mg/l = 80 ppm.
o
f( factor experimental)=0.8
OBSERVACIONES:
Al agregar las trazas de (NET) al agua contenida en el matraz, esta cambió de color transparente a color grosella (rojizo pálido). A medida que se fue agregando el EDTA la solución cambió de color rojizo a color azul.
CONCLUSIONES:
Al realizar un ensayo se tiene que tener mucho cuidado para que los resultados sean lo más precisos posibles. Para obtener la dureza del agua potable se necesitó consumir mayor cantidad de solución EDTA en comparación con el agua hervida. Agregando el reactivo EDTA se definió la dureza de los 02 tipos de agua.
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
Bibliografía:
http://www.facsa.com/el-agua/calidad/La%20dureza%20del%20agua http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/DurezaAg.htm http://www.textoscientificos.com/quimica/dureza-ablandamiento-agua http://instrumentalesuv.com/files/Det_durezas.pdf http://www.agua.org.mx/index.php?option=com_content&view=category&id =16&Itemid=41 http://www.peruecologico.com.pe/lib_c26_t04.htm
http://www.greywaternet.com/aplicaciones-aguas-grises.html
Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU TITULO: VOLUMETRIA COMPLEXOMETRICA N° DE LABORATORIO:
TURNO:
#2
NOCHE
CURSO: LABORATORIO DE QUIMICA I PROFESOR: José Hidalgo Rodriguez SECCION: B104 ALUMNO:
CODIGO:
Marco Antonio Alva Carbonel
1210753
FECHA: Mayo, 2012 Laboratorio de Química I
Marco Alva Carbonel
Turno Noche
