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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL ÁREA ACADÉMICA DE CIENCIAS BÁSICAS

INFORME N° 10 DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE IONES EN EL AGUA CURSO

:

LABORATORIO DE QUÍMICA II

INTEGRANTES

:

CUBAS CASTRO, WILSON 20034538H QUENTA RAYGADA, KENNETH 20032666I

MESA

:

I-4

PROFESORES

:

CÁRDENAS, BERTHA BENITES, WILMAN 2004-I

ÍNDICE

OBJETIVOS

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FUNDAMENTO TEÓRICO

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EXPERIENCIA N°1 Determinación de la dureza por el método de Clark

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EXPERIENCIA N°2 Determinación de la dureza del H2O por el método EDTA a)Dureza total

6-7

b) Dureza Permanente

7-8

c) Determinación Cálcica

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EXPERIENCIA N°3 Ablandamiento de H20

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CONCLUSIONES

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BIBLIOGRAFÍA

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APÉNDICE

9-10

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I. OBJETIVOS -

Interpretar el proceso de desionización del agua, especialmente en el tratamiento de la dureza de la misma, mediante los siguientes métodos: método de Clark, método de solución valorada EDTA, tratamiento con solución de Ca(OH)2 / Na2CO3, tratamiento con resinas de intervalo ionico

II. FUNDAMENTO TEÓRICO El agua es una sustancia que la industria usa en tan vastas cantidades, que tanto que sus cantidades usadas sobrepasa por mucho a todos los otros materiales. Siendo el agua un recurso natural de mayor abundancia e importancia que existe en la naturaleza, se hace indispensable que ella sea acondicionada para su uso domestico e industrial. Los cationes mas frecuentes en el agua natural son los de Ca2+ , de magnesio Mg2+, de hierro Fe2+ o Fe3+; los cuales generalmente son los responsables de la dureza del agua Dureza del agua Se debe a su contenido de calcio y magnesio, la dureza se expresa en términos de carbonato de calcio(CaCO3), la dureza del calcio es aquella debida a las sales solubles de calcio, la de magnesio a las sales solubles de magnesio. La dureza total es la suma de las durezas de calcio y magnesio. Dureza de carbonato, de bicarbonato y dureza temporal, son términos sinónimos para la dureza atribuida a bicarbonatos de calcio y magnesio, la primera de estas, la dureza de carbonato, es el término que ahora se prefiere. Dureza de no carbonatos, dureza de sulfatos, y dureza permanente, son términos sinónimos para la dureza debido a los sulfatos, cloruros y/o nitratos de calcio, y/o magnesio, el primero de estos, la dureza de no carbonatos, es el termino preferido,; la cantidad de dureza de carbonato y no carbonato que esta presente en un agua en particular, se determina por inspección de su análisis. 1. si la alcalinidad al anaranjado de metilo es igual o mayor que la dureza total, toda la dureza esta presente como dureza de carbonato. 2. si la alcalinidad al anaranjado de metilo es menor que la dureza total, la dureza de carbonato es igual a la alcalinidad 3. la dureza de no carbonatos najo las condiciones en 2, es igual a la dureza total, menos la alcalinidad al anaranjado de metilo cuando el agua dura, que contiene cationes Ca2+ y Mg2+, se usa en la inducirá (por ejemplo en los calderos), causa precipitación de las sales volátiles cuyos depósitos actúan produciendo problemas de corrosión, incrustaciones y erosión, en los tubos del caldero estos depósitos actúan como aisladores de calor y reducen la potencia o la frecuencia de la transferencia de calor, aumenta el consumo de combustibles y muchas veces explosiones al incrementarse la presión interna o la reducción del diámetro de los tubos del intercambiador; tubos y conexiones de agua caliente incrustados, al pasar a través de un calentador de agua, no se alcanza el equilibrio químico, de manera que los depósitos

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no solamente se forman en el propio calentador sino que tambien aparecen en todo el sistema de distribución. Es obvio, por estas razones y otras muchas que se hace necesario remover del agua los iones antes mencionados. La remoción de los iones se llama “ablandamiento del agua” y si en el proceso se usan resinas de intercambio iónico se denomina “desionización del agua” Para hacer que el agua sea potable, no produzca corrosión, incrustaciones y lodos, se deben utilizar los siguientes tratamientos: - filtración y floculación - desmineralización - determinación de la dureza del agua Filtración y Floculación La filtración se efectúa para eliminar las materias en suspensión que podría afectar la potabilidad o pureza del agua, se usan por ejemplo, los filtros de arena o los de presión con lecho de arena para conseguir su objetivo. La desventaja del metodo es los elevados costos en el tratamiento de grandes volúmenes. Por otro lado, la precipitación de los sólidos no sedimentales del agua se logra mediante adición química de los llamados “floculantes”. Entre los cuales se tienen a los siguientes: Al2(SO4)3•18H2O y Fe2(SO4)3•9H2O. En la mayoría de los casos es necesario añadir CaO para el control de pH, reduciendo el CO2, según: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O Y debe cuidarse que la cantidad de Ca(OH)2, quede balanceada de acuerdo a la existencia de anhídrido carbónico. Desmineralización Se consigue mediante el uso de resinas de intercambio iónica, con los cual se consigue agua químicamente para que por el método clásico de destilación se consiga con muchas repeticiones de la operación. Por ejemplo, si una resina contiene sodio, estos se intercambian con los iones que son los causantes de la dureza del agua: 2RNa + Ca2+ → R2Ca + 2Na+ al usar resinas ácidas, los iones H+, se intercambian con los cationes presentes en el agua: RH + Na2+ → RNa + H+ Al usar resinas básicas, los iones OH-, se intercambian con los aniones presentes en el agua ROH + Cl- → RCl + OHSi se usa simultáneamente una resina catiónica y aniónica, el agua se desioniza totalmente, porque los iones H+ los iones OH- se combinan formando agua H+ + OH- → H2O

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Determinación de la dureza del agua Como manifestamos anteriormente esto se debe principalmente a los iones Ca2+ y Mg2+. Esto y la pequeñas cantidades de iones Fe2+ o Fe3+ y los iones Al3+, presentes reaccionarían con el jabón para formar compuesto pegajosos insolubles en agua. Cuando esta presenta el bicarbonato, el calentamiento del agua produce la liberación de CO2, quedando el ion carbonato (CO32-) y agua. El resultado es la precipitación de una cantidad equivalente de calcio y magnesio. Ca2+ + 2HCO3 → CaCO3 + CO2 + H2O En este caso se llama dureza temporal o de bicarbonatos y la dureza residual es conocida como dureza permanente y se cuantifica en ppm (partes por millón). Por ejemplo la ppm de CaCO3, indican lo mg de dureza considerada como CaCO3 existente en un litro de agua. El agua según su dureza se clasifica en: 1. blandos(60 ppm) 2. medianamente duros (61 – 120 ppm) 3. duros(121-180 ppm) 4. muy duros (181-350 ppm) 5. salinas, salubres o malas (>350 ppm) entre los métodos que se usan para determinar la dureza la dureza del agua se pueden señalar: El método de Clark Mide el volumen de solución jabonosa patrón necesario para producir espuma permanente cuando se agita con 50-100 ml de agua dura. A partir de el se calcula la dureza total El volumen de jabón necesario para producir espuma permanente con 50 –100 ml de agua hervida da la dureza permanente. La dureza temporal o de bicarbonatos es igual a la dureza total menos la dureza permanente. Método de Hebner Es un método más exacto que consiste en determinar la cantidad de carbonato alcalino requerido para reaccionar con Mg2+ y Ca2+ de un volumen dado de agua. Método complexo métrico Se basa en la valoración del agua con el reactivo especial EDTA (ac. Etil diamino tetracético) y un indicador que cambia de color cuando ha reaccionada todo el Ca y Mg. El EDTA reacciona con los iones Ca2+ y Mg2+ para formar iones complejos mas estables que los iones formados por estos mismos con los indicadores.

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El indicador se denomina negro de ericromo y se usa para determinar la dureza temporal como la dureza permanente

III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EXPERIENCIA N°1 Determinación de la dureza por el método de Clark DATOS Vg = 40 gotas = 2 ml CÁLCULOS Y RESULTADOS Se sabe que 1 ml de solución jabonosa = 1 mg de CaCO 3 entonces se tiene Se tiene 2 ml de jabón por lo que la masa de CaCO3 será 2 mg, luego con la siguiente expresión

ppm =

mgCaCO3 LH 2 O − analizada

2/(10 x 10 –3) = 200 ppm

un agua con esta dureza es considerada agua muy dura EXPERIENCIA N°2 Determinación de la dureza del H2O por el método EDTA a)Dureza total DATOS Vg = 6.6 ml CÁLCULOS Y RESULTADO la solución al inicio presenta una coloración rojiza, donde esta luego cambiara a azul, a medida que echemos gota a gota el EDTA. Siendo el volumen gastado de EDTA = 5.5 ml con este dato calcularemos la dureza del agua Se sabe que 1ml = 1mg de CaCO3

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Como se ha gastado 6.6 ml de EDTA tenemos entonces 6.6 mg de CaCO3, de un volumen de 10 ml de agua ppm= 6.6 mg/(10 x 10-3 L) = 660 ppm por lo que corresponde a un agua salina

b) Dureza Permanente DATOS Vg = 4.8 ml pH inicial = 8 pH final = 10 OBSERVACIONES Para calcular la dureza permanente tenemos que calentar el agua, si se hierve el agua los bicarbonatos que ella contiene, se descomponen, formando precipitados de sales neutras, y la dureza se elimina, por ejemplo: Ca+2 + 2HCO3- → CaCO3↓ + H2O + CO2 ↑ En consecuencia, la dureza del agua debido a carbonatos se denomina temporal, los términos “dureza de carbonatos” y la “temporal” no son plenamente equivalentes, por cuanto la disminución de la dureza durante la ebullición del agua depende no solamente de la descomposición de la Ca(HCO3) y de Mg(HCO3)2, sino tambien de la descomposición de la coprecipitación de CaSC4 junto con CaCO3. la dureza permanente se debe a la presencia en el agua de otras sales solubles de calcio y magnesio

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(generalmente sulfatos) a diferencia de la dureza de carbonatos, la permanente no puede eliminarse por ebullición , la suma de ambas durezas constituye la dureza total del agua. Tambien es de esperarse que el pH del agua disminuya debido a que ya no se encuentra en ella, el CO2 Se realizo lo siguiente:

Y se gasto 4.8 ml de EDTA, lo que nos da 4.8 mg de CaCO3, las ppm del agua titulada será de 480 ppm y corresponde a un agua salina c) Determinación Cálcica Se realizó lo siguiente y el volumen gastado fue de 3.9 ml, entonces habrá 3.9 mg de CaCO3, lo que nos daría un valor de 390 ppm

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EXPERIENCIA N°3 Ablandamiento de H20 Datos Vg = 4.2 ml pH inicial = 10 pH final = 11 Se realizo lo siguiente

El volumen gastado fue de 4.2 ml de EDTA, lo que corresponde a 4.2 mg de CaCO3, lo que nos da un valor de 420 ppm

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IV. CONCLUSIONES Generalmente los responsables de la dureza del agua son los cationes e Ca2+ y Mg2+ Al calentar el agua de caño se liberan el CO2 quedando el ion CO3-2 y el agua Al calentar el agua de caño quedan precipitados cantidades equivalentes de calcio y magnesio V. BIBLIOGRAFÍA - Enciclopedia Multimedia Encarta - Microsoft - Brown, Theodore - Química - Editorial Prentice-hall Hispanoamericana Quinta edición - México, 1996 - Pág. 654-656 VI. APÉNDICE El tratamiento del agua potable Aunque las perdonas beben muy poca cantidad de agua de los millones de litros de agua que fluyen en la ciudad en un día, nadie puede adivinar que parte será la que beberá, por lo tanto, toda el agua debe ser pura. Hay mucha gente que nuca se ha detenido a pensar en la muchas cosas malas que pueden sucederle al agua, puede contener tierra común, a tal punto que parezca sucia, o ser limpia como el cristal y sin embargo, con sabor a veneno, lo peor es que puede parecer normal, color y saber parecidos, y llevar gérmenes mortíferos capaces de causar enfermedades y acaso la muerte, terribles epidemias de colora, diarrea y sobre todo, fiebre. Pero los ingenieros y hombres de ciencia modernos han descubierto métodos para proteger a los habitantes de una ciudad de todas esas cosas. Sustancias agregadas al agua En cuanto al tamaño pueden ser muy grandes, dependiendo de la energía dinámica de arrastre que posee el agua, reduciéndose en tamaño hasta llegar a sustancia en dispersión molecular o iónica En las aguas naturales usadas como insumo de la plantas de agua potable, las sustancia agregadas son básicamente, minerales y el tratamiento consiste en la eliminación de la partículas que se notan por el ojo humano, ya sea en forma de turbidez o de coloración, para lograr un agua cristalina

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