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PRACTICA N° 6 ANALISIS COMPLETO DE AGUA Y ANALISIS MUESTRA ALCALINA

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUIMICA E ING. QUIMICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE QUÍMICA ANALITICA E INSTRUMENTACIÓN

Laboratorio de Análisis Químico

Practica N° 5

ANALISIS COMPLETO DE AGUA Y ANALISIS MUESTRA ALCALINA

Integrante

Icanaqué Espinal Pool Francisco

Profesor

Rey Sánchez García, Eddy

FECHA DE REALIZADO

18-06-2017

FECHA DE ENTREGA

27-06-2017

Ciudad Universitaria

ANALISIS COMPLETO DE AGUA

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PRACTICA N° 6 ANALISIS COMPLETO DE AGUA Y ANALISIS MUESTRA ALCALINA

INTRODUCCIÓN El análisis de aguas domésticas e industriales es de vital importancia, debido a que los parámetros físico-químicos de estas aguas nos darán información para poder decidir si necesitan tratamiento para poder darle uso. En esta práctica se determinará la dureza del agua, el cual es muy importante, ya que es una medida analítica de la calidad del agua. La dureza es de particular interés en diversos procesos industriales ya que debido al calentamiento del agua ocurre la precipitación del CaCO3, siendo una reacción no deseado ya que obstruye calderas, tuberías, intercambiadores de calor. Dentro de los métodos que se utilizarán son el método Alcalimétrico para determinar dureza temporal, dureza permanente y alcalinidad en aguas; y el Método Quelatométrico para determinar la dureza total debido principalmente al Calcio y Magnesio, utilizando reacciones con formación de complejos Quelatométricos usando EDTA. En base a los parámetros fisicoquímicos hallados, tales como alcalinidad, dureza, solidos totales disueltos, se utilizará el índice de Langelier para determinar si el agua es incrustante o corrosiva.

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MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales  Pipetas volumétricas de 10ml, 50 ml, 100 ml.  Varilla de vidrio, 40 cm.  Propipeta  Beaker de 100 ml y 400 mL  Bureta con soporte universal  Erlenmeyer de 100 mL y 250 mL  Fiola de 100 y 250 mL.

Reactivos  Solución de HCl ≈ 0.1N Preparación: Preparar a partir de dilución de una solución de HCl 12N.  Solución de NaOH ≈ 0.1N Preparación: Pesar 0.75 g de NaOH sólido, diluir con 10 mL de agua, agitar, y llevar a fiola hasta 250 mL, enrazar y homogenizar.  Indicador Rojo de Metilo Preparación: Disolver 0,5 g en 100 mL de agua destilada. Guardar en frasco gotero.  Indicador Fenolftaleína Preparación: Disolver 0,5 g en 50 mL de etanol al 96 % y agregar 50 mL de agua destilada.  Indicador Anaranjado de Metilo Preparación: Disolver 0.05 g en 100 mL de agua destilada.

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OBJETIVOS



Determinar la Dureza Temporal, Alcalinidad y Dureza Permanente utilizando el método Alcalimétrico.



Determinar la Dureza Total, Dureza Cálcica y Dureza Magnésica en muestras de agua utilizando el método Quelatométrico.

PRINCIPIOS TEÓRICOS ALCALIMETRIA 1.

Dureza Temporal del Agua Está determinada por el contenido fundamentalmente de bicarbonatos de calcio y magnesio. Las reacciones que se dan son: 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 + 2𝐻𝐶𝑙 → 𝐶𝑎𝐶𝑙2 + 2𝐻2 𝑂 + 2𝐶𝑂2 (𝑔) 𝑀𝑔(𝐻𝐶𝑂3 )2 + 2𝐻𝐶𝑙 → 𝑀𝑔𝐶𝑙2 + 2𝐻2 𝑂 + 2𝐶𝑂2 (𝑔) Se denomina dureza temporal porque puede eliminarse fácilmente por calentamiento. Para la determinación de dureza temporal, se basa en la valoración en frio de un volumen de agua con solución estándar de HCl, empleando como indicador Anaranjado de Metilo.

2.

Determinación de mezclas alcalinas (Método de Warder) Principio: En una mezcla que puede contener carbonato de sodio, bicarbonato de sodio e hidróxido de sodio, tanto solas como en varias mezclas, pero no pueden existir más de dos de estos ya que la reacción eliminaría al tercero. Se aprovecha el uso de dos indicadores cuyos intervalos de viraje se encuentran distanciados en la escala de pH.

En la tabla anterior se muestra las relaciones de volúmenes gastados para diferentes mezclas alcalina. El volumen gastado VF es el volumen gastado en presencia de indicador fenolftaleína y el Vvbc es el volumen gastado con verde de bromocresol (en la práctica utilizamos anaranjado de metilo). ANALISIS COMPLETO DE AGUA

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Por ejemplo, en una muestra que contiene carbonato y bicarbonato (ver figura “e”), al titularse la mezcla en presencia de indicador fenolftaleína hasta de coloración, el carbonato de la muestra pasa a bicarbonato: 𝐶𝑂32− + 𝐻 + →

𝐻𝐶𝑂3−

Ahora el bicarbonato inicial se encuentra el bicarbonato de la reacción anterior y ambos serán titulados en presencia de anaranjado de metilo. 𝐻𝐶𝑂3− + 𝐻 + → 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 Se observa que el volumen gastado en la valoración de cada componente es:

𝐶𝑂32− = 2𝑉𝐹 3.

𝐻𝐶𝑂3− = 𝑉𝑁𝑀 − 𝑉𝐹

Alcalinidad del Agua La alcalinidad del agua natural o tratada es la capacidad de algunos de sus componentes para aceptar protones, tales como los iones OH- y otros aniones débiles. La cantidad de equivalente de un ácido fuerte necesario para neutralizar estos iones da la alcalinidad total.

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La alcalinidad del agua se determina por titulación de la muestra con una solución valorada de HCl, mediante dos puntos sucesivos de equivalencia. En el primero se le agrega indicador fenolftaleína y aparece un color rosa, esto indica que la muestra tiene un pH mayor que 8. y es indicativo de presencia de carbonatos. Luego se procede a valorar con HCl, hasta que vire el rosa a incoloro, con esto se tituló la mitad del CO3-2. A continuación, se valora con indicador naranja de metilo, hasta color rojo naranja. Con esto se titula los bicarbonatos y la mitad restante de los carbonatos. La Alcalinidad se expresa en mgCaCO3/L. Luego de la valoración la alcalinidad se calcula:

𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑, 𝑚𝑔 Donde: A= ml utilizados del ácido estándar. V= Volumen de la muestra

𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐴. 𝑁. 50000 = 𝐿 𝑉

N= normalidad del ácido estándar.

Para muchas aguas, la alcalinidad se debe solamente a los carbonatos de calcio y magnesio cuyo pH no excede de 8,3. Para el caso del agua potable, al agregar fenolftaleína, no se percibió cambio de color, entonces la alcalinidad del agua potable solo es debido a la presencia de bicarbonatos de calcio y magnesio. Como la dureza temporal también es debido a la presencia de bicarbonatos, se deduce que para el agua potable: 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟𝑎𝑙 4.

Dureza Permanente Se debe a la presencia fundamentalmente de cloruros y sulfatos de calcio y magnesio, las reacciones que se producen son: 𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3 (𝑠) + 𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 𝑀𝑔𝐶𝑙2 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 (𝑠) + 2𝑁𝑎𝐶𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 + 2𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3 (𝑠) + 2𝐻2 𝑂 + 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 Para determinar la dureza permanente se basa en la precipitación de las sales de calcio y magnesio con una solución valorada de mezcla básica (Na 2CO3 + NaOH) que se agrega en exceso, y la base remanente de la reacción se valora con HCl estandarizado, empleando como indicador anaranjado de metilo. Nótese que la última reacción, que, si bien los bicarbonatos consumen una cantidad equivalente de hidróxido, también producen una cantidad equivalente de carbonato por lo que los constituyentes de la dureza temporal no interfieren en el análisis.

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5.

Expresiones para la Dureza Existen diferentes maneras de expresar la dureza en diferentes unidades: ° A. ° F. ppm

Grados Alemanes: g CaO/100 L agua o mg CaO/100 mL de agua. Grados Franceses: g CaCO3/100 L agua o mg CaCO3/100 mL de agua. Partes por millón: g CaCO3/1000 L agua o mg CaCO3/ L de agua.

QUELATOMETRIA 1.

Titulación Quelatométrica: Uno de los métodos para análisis de cationes es utilizar las reacciones que forman complejos Quelatométricos. Un quelato se forma por la coordinación entre un catión o anión metálico con un ligando polidentado para formar un anillo heterocíclico o quelato. Un ligando muy usado es el EDTA (etilendiaminotetracético) como titulante para iones metálicos, este es un ligando hexadentado que se puede coordinar mediante sus dos nitrógenos y sus cuatro grupos carboxilo.

Las disoluciones estándar de EDTA se pueden preparar disolviendo cantidades cuidadosamente pesadas de su sal disódica Na 2H2Y.2H2O y diluyendo hasta la marca en un matraz volumétrico. 2.

Complejos de EDTA con iones metálicos: Las disoluciones de EDTA tiene una valiosa ventaja como titulante ya que se combina con iones metálicos en relación 1:1 molar, independiente de la carga del catión. El quelato que forma el EDTA tiene forma octaédrica:

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3.

Curvas de Valoración para el EDTA: En las curvas de valoración se calcula la concentración del ion metálico libre en el transcurso de un catión metálico con EDTA. Es análogo a la titulación acido fuerte con una base débil. El ion metálico desempeña el cometido de H +, y el EDTA el de la base. La reacción de titulación es:

𝑀𝑛+ + 𝐻2 𝑌 −2 ⇋ 𝑀𝑌 𝑛−4

𝐾𝑓′ = 𝛼𝑌 4 . 𝐾𝑓

La Constante de Formación Condicional Kf’ es la constante a un pH fijo. En la gráfica se observa curvas para la titulación de Calcio y Magnesio.

Se observa que debido a la gran constante de formación que tiene el ion calcio con el EDTA, la reacción es más completa y ocurre un cambio mayor en la región del punto de equivalencia. Las áreas sombreadas muestran el intervalo de transición del indicador NET.

En base a la constante condicional se ha establecido un pH mínimo al cual se da una valoración satisfactoria para varios cationes. Por ejemplo, para la valoración del Ca+2 y Mg+2 se da a un pH mínimo de 10 para que se dé un punto final nítido.

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4.

Indicadores de Ion Metálico: Existen varios métodos para localizar el punto final en una valoración con EDTA. Para ello la técnica más común es utilizar un indicador ion metálico, también conocido como indicador metalocrómico, es un compuesto cuyo color varía cuando se une a un ion metálico. Para que sea útil el indicador, debe unirse al ion metálico menos fuertemente que el EDTA, es decir debe ser menos estable que el complejo de EDTA.  Indicador negro de Eriocromo T. (NET): forma complejos con los metales. El NET tiene comportamiento ácido- base, y el color de sus complejos con el metal depende del medio:

En base al esquema anterior se tiene que una disolución que solo contiene el indicador a pH 10 el componente predominante es el HIn2- de color azul. Cuando hay presencia de un metal el complejo tiene color Rojo vino. Cuando el complejo reacciona con EDTA:

𝑀𝐼𝑛𝑑 + 𝐻2 𝑌 −2 → 𝐻𝐼𝑛𝑑 + 𝑀𝑌 −2 (Rojo vino)

(Azul)

Estructura del Negro De Eriocromo T (NET)



Indicador Murexida, forma complejos con los metales. La Murexida tiene comportamiento ácido- base, y el color de sus complejos con el metal depende del medio:

En base al esquema anterior se tiene que una disolución que solo contiene el indicador a pH 12 el componente predominante es el H2In3- de color azul violáceo. Cuando hay presencia de un metal el complejo es color Rosa Fresa. La reacción con EDTA es:

𝑀𝐼𝑛𝑑 + 𝐻2 𝑌 −2 → 𝐻2 𝐼𝑛𝑑 + 𝑀𝑌 −2 (Rosa fresa)

(Azul violáceo)

Estructura del de la Murexida (purpurato de amonio)

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5.

Dureza Total del Agua La dureza se define como la concentración de CaCO 3 que es químicamente equivalente a la concentración de cationes multivalentes (Principalmente Ca y Mg) de la muestra. En el análisis de la dureza se realiza la titulación con EDTA a un pH 10 en tampón amoniacal, da las concentraciones totales de Calcio y Magnesio del agua. El complejo entre el Ca+2 y el NET es demasiado débil para que ocurra un cambio de color adecuado. Sin embargo, debido a la presencia de magnesio, este forma un complejo más estable con el NET que el calcio y se obtiene un punto final apropiado con un amortiguador a pH 10. (Ver curva Pág. 7). En la estandarización con la solución de EDTA, el primero en acomplejarse son los iones calcio, luego los del magnesio ya la constante de formación del Ca+2 es mayor:

𝐶𝑎+2 + 𝐻2 𝑌 −2 → 𝐶𝑎𝑌 −2 + 2𝐻 + -

El cambio de color en el punto final es observable para el magnesio, el complejo coloreado con el ion magnesio es menos estable que el complejo de MgY-2. Ocurre:

𝑀𝐼𝑛𝑑 + 𝐻2 𝑌 −2 → 𝐻𝐼𝑛𝑑 + 𝑀𝑌 −2 (Rojo vino)

6.

(Azul)

Dureza Cálcica Para la dureza Cálcica la concentración de Ca+2 puede determinarse por separado cuando se titula a pH=12 sin presencia de amoniaco. A este pH, el magnesio precipita como Mg(OH)2 y es inaccesible al EDTA. Se emplea como indicador Murexida que a pH 12 tiene color azul-violáceo. Para precipitar el magnesio se utiliza una solución de hidróxido de sodio 2N. La reacción en el punto final, para el cambio de color es:

𝐶𝑎𝐼𝑛𝑑 + 𝐻2 𝑌 −2 → 𝐻2 𝐼𝑛𝑑 + 𝐶𝑎𝑌 −2 (Rosa fresa)

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(Azul violáceo)

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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TABLA DE DATOS DE LABORATORIO 3. DUREZA TOTAL Muestra a: Temperatura: 19.8 °C y pH =7.42 1. DUREZA TEMPORAL TABLA 1.1. Volúmenes Gastados HCl

TABLA 3.1. Estandarización del EDTA ( 𝑾𝒑𝒂𝒕𝒓ó𝒏 = 𝟐𝟎𝟎 𝒎𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑

𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 = 𝟐𝟓 𝒎𝑳

𝑽𝒂𝒍𝒊𝒄𝒖𝒐𝒕𝒂 = 𝟏𝟎 𝒎𝑳

𝒂𝒈𝒖𝒂

𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑

𝑵°

𝑽𝒈𝒂𝒔𝒕𝒂𝒅𝒐

1 2 3 4 5 6 7

0.7 mL 0.7 mL 0.6 mL 0.7 mL 0.6 mL 0.7 mL 0.7 mL

𝐻𝐶𝑙

𝑵°

𝑽𝒈𝒂𝒔𝒕𝒂𝒅𝒐

1

23.3 mL

2

23.4 mL

TABLA 3.2. Volúmenes Gastados Dureza Total 𝑽

𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒂ñ𝒐

𝑵°

2. DUREZA PERMANTENTE TABLA 2.1. Estandarización Mezcla Básica 𝑾𝑵𝒂𝑶𝑯 = 𝟏. 𝟎𝟎𝟒𝟎 𝒈 𝑾𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂 𝒃𝒂𝒔𝒊𝒄𝒂 {𝑾 𝑵𝒂𝟐 𝑪𝑶𝟑 = 𝟏. 𝟑𝟏𝟑𝟖 𝒈 𝒆𝒏 𝟐𝟓𝟎 𝒎𝑳 𝑽𝒂𝒍𝒊𝒄𝒖𝒐𝒕𝒂 = 𝟓 𝒎𝑳

𝑵°

𝑽𝒈𝒂𝒔𝒕𝒂𝒅𝒐

1 2 3

10.4 mL 10.4 mL 10.5 mL

𝐸𝐷𝑇𝐴

= 𝟐𝟓 𝒎𝑳

𝑽𝒈𝒂𝒔𝒕𝒂𝒅𝒐 𝐸𝐷𝑇𝐴

1 2 3 4 5 6 7 8

8.5 9.2 8.7 8.9 8.8 9.0 9.6 9.5

mL mL mL mL mL mL mL mL

𝐻𝐶𝑙

Tabla 2.2. Estandarización del Exceso de Mezcla Básica 𝑾𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂 𝒃𝒂𝒔𝒊𝒄𝒂 𝒆𝒏 𝟐𝟓𝟎 𝒎𝑳

𝑾𝑵𝒂𝑶𝑯 = 𝟏. 𝟎𝟎𝟒𝟎 𝒈 {𝑾 𝑵𝒂𝟐 𝑪𝑶𝟑 = 𝟏. 𝟑𝟏𝟑𝟖 𝒈

𝑽𝒂𝒍𝒊𝒄𝒖𝒐𝒕𝒂 = 𝟓 𝒎𝑳

𝑵°

𝑽𝒈𝒂𝒔𝒕𝒂𝒅𝒐

1 2 3 4 5 6 7

4.8 mL 4.7 mL 4.9 mL 5.0 mL 5.0 mL 4.7 mL 4.6 mL

𝐻𝐶𝑙

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4. DUREZA CALCICA TABLA 4.1. Volúmenes Gastados Dureza Cálcica 𝑽

𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒂ñ𝒐

𝑵° 1 2 3 4 5 6

= 𝟐𝟓 𝒎𝑳

𝑽𝒈𝒂𝒔𝒕𝒂𝒅𝒐 𝐸𝐷𝑇𝐴

6.9 7.2 7.3 7.2 7.5 7.2

mL mL mL mL mL mL

5. ANÁLISIS MUESTRAS ALCALINAS

𝑾𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂

𝑽𝑭

𝑽𝑵𝑴

0.1011 g

4.6 mL

9.7 mL

0.1015 g

4.5 mL

9.6 mL

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TABLAS DE RESULTADOS Tabla 1 Dureza para muestra Agua Potable

Unidad

Dureza Temporal

Dureza Permanente

Dureza Total

Dureza Cálcica

Dureza Magnésica

123.83 ppm

210 ppm

309 ppm

245 ppm

64 ppm

6.93 °A

11.76 °A

17.30 °A

13.72 °A

3.58 °A

12.38 °F

21 °F

30.9 °F

24.5 °F

6.4 °F

ppm 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ( ) 𝐿

°A Grados Alemanes 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ( ) 𝐿

°F Grados Franceses 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ( ) 𝐿

Tabla 2 Parámetros Fisicoquímicos Muestra de Agua CATIONES Ca+2

Calcio

+2

Magnesio

Mg

Na+

Sodio

mg/L

mg CaCO3 /L

meq/L

98

245

4.9

15.5

64

1.28

39

84

1.68

393

7.86

mg/L

mg CaCO3 /L

meq/L

Totales: ANIONES Bicarbonato

HCO3-1

151

124

2.48

Carbonato

CO3-2

0

0

0

Cloruro

Cl-

50

70

1.4

Hidróxido

OH-

0

0

0

Nitrato

NO3-

1.24

1

0.02

Sulfato

SO4-2

190

198

3.96

393

7.86

Totales:

pH

Temperatura

pHs

Índice Langelier

Solidos Totales Disueltos

7.42

19.8°C = 68 °F

7.5

-0.08

544.74 mg/L

Tabla 3 Análisis de Mezcla Alcalina

𝑾𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂

% 𝑵𝒂𝟐 𝑪𝑶𝟑

% 𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑

0.1013 g

88 %

4.2 %

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CALCULOS 1. Dureza Temporal Se realizó la valoración con una solución estándar de HCl cuya normalidad es: 𝑁𝐻𝐶𝑙 = 0.09241 𝑁

Para los datos de la Tabla 1.1. la desviación estándar de los datos es s = 0.49, al ser esta pequeña, la media de los volúmenes gastados es un índice representativo de toda la distribución:

2. Alcalinidad del agua Como se vio en la parte teórica la dureza permanente para el agua potable es igual a la alcalinidad ya que la alcalinidad a la fenolftaleína es cero. 3. Dureza Permanente



𝑉𝑃 = 10.43 𝑚𝐿

𝑉𝑃 = 0.67 𝑚𝐿

La normalidad se calcula:

La Dureza Temporal del agua potable, es solo debida a los bicarbonatos de calcio y magnesio, y se expresa en mgCaCO3 / L agua:

# 𝑒𝑞 − 𝑔 𝑀. 𝐵 = # 𝑒𝑞 − 𝑔 𝐻𝐶𝑙 𝑁𝑀𝐵 . 𝑉𝑀𝐵 = 𝑁𝐻𝐶𝑙 . 𝑉𝐻𝐶𝑙

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑉𝑝 . 𝑁. 50000 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟𝑎𝑙, = 𝐿 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟𝑎𝑙 =

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐿

También se expresa en otras unidades: Grados Alemanes, °A: °𝐴,

𝑉𝑝 . 𝑁. 2800 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑂 = 100𝑚𝐿 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

°𝐴 =

0.67𝑥0.09241𝑥2800 25

𝐷. 𝑇𝑒𝑚𝑝. °𝐴 = 6.93

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑂 100𝑚𝐿

Grados Franceses, °F: °𝐹,

𝑉𝑝 . 𝑁. 5000 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 100𝑚𝐿 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

°𝐹 =

𝑁𝑀𝐵 . 5𝑚𝐿 = 0.09241𝑥10.43𝑚𝐿

0.67𝑥0.09241𝑥50000 25

𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟𝑎𝑙 = 123.83

0.67𝑥0.09241𝑥5000 25

𝐷. 𝑇𝑒𝑚𝑝. °𝐹 = 12.38

Estandarización Mezcla Básica En la estandarización de 5mL de alícuota de la mezcla básica con HCl estándar, se gastó un volumen promedio con los datos de la tabla 2.1:

𝑁𝑀𝐵 . = 0.1928 𝑁



Calculo de la Dureza Permanente Al agregar la Mezcla Básica en exceso, se tiene un numero de equivalentes consumidos debido a los componentes de la dureza permanente. El número de equivalentes del exceso se calcula con los datos de estandarización con HCl para el exceso. Estos deben ser iguales a los equivalentes al inicio: # 𝐸𝑞𝑀.𝐵. = # 𝐸𝑞𝐻𝐶𝑙 . +#𝐸𝑞𝐷.𝑃 - Equivalentes de la mezcla básica Se tomó alícuota de 25 mL, entonces los equivalentes se calcula: # 𝐸𝑞𝑀.𝐵. = 𝑁𝑀.𝐵 𝑥𝑉𝑎𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎 # 𝐸𝑞𝑀.𝐵. = 0.1928𝑁 𝑥 25 𝑚𝐿 # 𝐸𝑞𝑀.𝐵. = 4.82 𝑚𝑒𝑞

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 100𝑚𝐿

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- Equivalentes de HCl gastados Para una alícuota de 25mL tomada de una solución de 250 mL, en la estandarización se gastó un volumen promedio con los datos de la tabla 2.1: 𝑉𝑃 = 4.8 𝑚𝐿

4. Dureza Total - Estandarización del EDTA Para le estandarización se utilizó el patrón CaCO3, se pesó 0.2000 g y se llevó a fiola de 100 mL. Se tomó alícuota de 10 mL del patrón y se valoró con EDTA. El volumen promedio gastado de EDTA es:

El número de equivalentes gastados de HCl se calcula: # 𝑒𝑞 − 𝑔 𝐻𝐶𝑙 = 𝑁𝐻𝐶𝑙 𝑥𝑉𝐻𝐶𝑙 # 𝑒𝑞 − 𝑔 𝐻𝐶𝑙 = 0.09241𝑥4.8 𝑚𝐿

𝑉𝑃 = 23.35 𝑚𝐿

Y se valoró 20 mg de CaCO3 (peso en alícuota 10 mL). Entonces el título del EDTA es:

# 𝑒𝑞 − 𝑔 𝐻𝐶𝑙 = 0.44 𝑚𝑒𝑞 𝑇𝐸𝐷𝑇𝐴 = El número de equivalentes calculados es para la alícuota de 25 mL, entonces para la solución de 250 mL: 250 # 𝑒𝑞 − 𝑔 𝐻𝐶𝑙 = 0.44 𝑚𝑒𝑞 𝑥 ( ) 25 # 𝑒𝑞 − 𝑔 𝐻𝐶𝑙 = 4.4 𝑚𝑒𝑞 Entonces: La dureza permanente se calcula con la ecuación:

𝑇𝐸𝐷𝑇𝐴 =

0.8565 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑚𝐿 𝐸𝐷𝑇𝐴

- Calculo Dureza Total La dureza total se halló en la valoración con EDTA, el volumen promedio gastado es (ver tabla 3.2): 𝑉𝑃 = 9.02 𝑚𝐿

# 𝐸𝑞𝑀.𝐵. = # 𝐸𝑞𝐻𝐶𝑙 . +#𝐸𝑞𝐷.𝑃 4.82 = 4.4 + #𝐸𝑞𝐷.𝑃

20 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 23.35 𝑚𝐿 𝐸𝐷𝑇𝐴

Se valoró una muestra de agua de 25 mL, y la dureza total se calcula:

#𝐸𝑞𝐷.𝑃 = 0.42 𝑚𝑒𝑞 Expresando la dureza permanente en ppm, el volumen de muestra es 100mL: 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 # 𝑚𝑒𝑞 𝑥 50000 𝐷. 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒, = 𝐿 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐷. 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒,

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 0.42 𝑥 50000 = 𝐿 100

𝐷. 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 = 210

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐿

Dureza Permanente en Grados A° y °F: 𝐷. 𝑃. °𝐴 = 11.76

𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑇𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑥 𝑉𝑃 = 𝐿 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 =

0.8565 𝑥 9.02 0.025

Dureza Total en Grados A° y °F: 𝐷. 𝑇. °𝐴 = 17.30

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑂 100𝑚𝐿

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑂 100𝑚𝐿 𝐷. 𝑇. °𝐹 = 30.9

𝐷. 𝑃. °𝐹 = 21

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐿

𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 309

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 100𝑚𝐿

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 100𝑚𝐿

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5. Dureza Cálcica Para la dureza Cálcica se realizó a pH= 12, precipitando el Magnesio luego de agregar NaOH 2N, entonces se realizó la valoración del Ca con el EDTA en presencia de indicador Murexida. El volumen promedio gastado en la valoración de una muestra de 25mL es: 𝑉𝑃 = 7.14 𝑚𝐿

Se valoró una muestra de agua de 25 mL, y la dureza total se calcula: 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

7. Análisis de muestra Alcalina Se analizó una muestra alcalina, para el peso promedio 0.1013 g , en base a los datos de la tabla 5: 𝑊𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 2𝑉𝐹 . 𝑁𝐻𝐶𝑙 𝑃. 𝐸. El volumen a la fenolftaleína se multiplica por dos, porque para VF solo se neutralizo la mitad de carbonatos. El Volumen VF = 4.55 mL, y el P.E.= 106 g/eq

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑇𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑥 𝑉𝑃 = 𝐿 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 =

𝑊𝑁𝑎2𝐶𝑂3 = 2(4.55𝑥10−3 )𝑥0.09241𝑥106 𝑊𝑁𝑎2𝐶𝑂3 = 0.0891 𝑔

0.8565 𝑥 7.14 0.025

Para el Volumen gastado con el indicador anaranjado de metilo se tiene, el volumen VNM = 9.65 mL, para este volumen ya se han gastado 9.1 mL en neutralizar el carbonato, entonces:

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 245 𝐿

Dureza Total en Grados A° y °F:

𝑊𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = (9.65 − 9,1)𝑥10−3 𝑥0.09241𝑥84

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑂 𝐷. 𝑇. °𝐴 = 13.72 100𝑚𝐿

𝑊𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = 0.0043 𝑔 𝐷. 𝑇. °𝐹 = 24.5

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 100𝑚𝐿

6. Índice de Langelier Con los datos obtenidos de Dureza Cálcica, Alcalinidad, pH y Temperatura de la muestra, se utiliza la gráfica del Apéndice, y se calculó el pHs.

Para el peso de muestra 0.1013 g hallamos los porcentajes:



% 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 =

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐿𝑎𝑛𝑔𝑒𝑙𝑖𝑒𝑟 = 𝑝𝐻 − 𝑝𝐻𝑠

0.0891 𝑥100% 0.1013

% 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 88 %

𝑝𝐻𝑠 = 7.5

Para la muestra el pH es de 7.14, entonces el índice de Langelier se calcula:

Porcentaje Carbonato



Porcentaje Bicarbonato % 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 =

0.0043 𝑥100% 0.1013

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐿𝑎𝑛𝑔𝑒𝑙𝑖𝑒𝑟 = 7.42 − 7.5

% 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = 4.2 % 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝐿𝑎𝑛𝑔𝑒𝑙𝑖𝑒𝑟 = −0.08

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DISCUSION DE RESULTADOS

 Es más fácil trabajar con el título del EDTA para los cálculos de la dureza Total y la Dureza Cálcica, ya que se obtiene directamente los mg de CaCO3/L agua, luego podemos utilizar factores para pasarlos a Grados Alemanes o Grados Franceses.  Se determinó la Dureza Temporal del Agua, obteniéndose 123.83 mgCaCO3/ L agua, esta es debida a los bicarbonatos de la muestra, para el agua potable este valor es igual a la Alcalinidad, teniéndose entonces que la Alcalinidad del agua es debido principalmente a los bicarbonatos.  La Dureza Permanente nos dio un valor de 210 mg CaCO3 / L, dándonos en total por el método Alcalimétrico una Dureza Total de 333.83 mg CaCO3 / L , el cual el nivel máximo permitido de dureza es de 400 mg CaCO3 / L agua.  La Dureza Total obtenida por el Método Quelatométrico fue de 309 mg CaCO3 / L agua, valor cercano al obtenido por el valor Alcalimétrico.  Con los parámetros fisicoquímicos se halló el índice de Langelier de -0.08, el cual nos indica que el agua está dentro del rango ideal para que el agua no sea corrosiva ni incrustante. Para el valor de -0.08 también indica que hay corrosión leve pero sin formación de incrustaciones.  En el balance de Cationes y Aniones, la suma de meq de los cationes y los meq de los aniones son iguales, verificando que los resultados de los análisis del agua están realizados correctamente.  Los Solidos Totales Disueltos en el agua de 544.74 mg también es un indicador de la conductividad eléctrica del agua.  La Mezcla Alcalina nos dio como resultado un 84 % de Na2CO3 y un 4.2 % para el NaHCO3, verificando que el método de Warder da resultados satisfactorios para la determinación de diferentes mezclas.

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CONCLUSIONES



La Dureza Temporal puede ser eliminada por calentamiento y se debe principalmente a la presencia de bicarbonatos, además este es igual a la Alcalinidad, es decir los iones capaces de aceptar protones en el agua son los bicarbonatos.



La Dureza Permanente se debe principalmente a cloruros y sulfatos de calcio y magnesio, que precipitan fácilmente con una mezcla alcalina, esta no se puede eliminar por calentamiento. En el proceso utilizado los componentes de la dureza temporal no interfieren.



El EDTA forma un complejo más estable con el Calcio que con el Magnesio, factor que se aprovecha para la determinación de la Dureza Total, observándose el cambio de Color entre el indicador NET con el Magnesio.



El pH mínimo para poder determinar la Dureza Total es de pH=10 ya que para este valor el cambio de color es nítido, por debajo de este pH el cambio de color no es perceptible.



Para la Dureza Cálcica se utiliza Murexida porque este muestra un cambio de color más definido a pH=12 que el NET, aparte el pH mínimo para determinar el Calcio es pH=12, y para evitar que interfiera el Magnesio se precipito con solución alcalina de NaOH 2N.



Los indicadores metalocrómico también son indicadores ácido base, ya que cada uno tiene un color diferente a un determinado pH, pero el color del Complejo es el mismo sin importar el pH.



Es preferible utilizar los indicadores en forma sólida, ya que en solución son algo inestables, lo cual no nos permitirá observar un cambio nítido de color en el punto de equivalencia.

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BIBLIOGRAFIA

Química Analítica Gary D. Christian, Sexta Edición , University of Washington, Editorial Mc Graw Hill, México, Fundamentos de Química Analítica, Novena Edición, Skoog F. James Holler y Stanley R. Crouch, Editorial Cengage Learning, Analisis Quimico Cuantitativo, Gilbert H. Ayres, University of Texas, Austin, Segunda Edición, México. Metodos Normalizados para el Analisis de Aguas Residuales, APHA-AWWA-WPCF, Alcalinidad en aguas. Química Analítica Cuantitativa, Teoría y Practica, Volumen I, Arthur I. Vogel, Version Castellana de Miguel Catalano, Buenos Aires, 1951 Analisis Químico Cuantitativo Daniel C. Harris. Grupo Editorial Iberoamerica

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APENDICE

INDICE DE LANGELIER El índice de Langelier es uno de los indicadores clave y más sencillos de usar para determinar si un agua es corrosiva o incrustante y en qué grado para poder hacer los tratamientos necesarios. Este índice, que no tiene unidades, se obtiene al combinar varios parámetros físico-químicos del agua. Podría definirse como la indicación del grado de saturación del carbonato de calcio en el agua el cual se basa en el pH, la alcalinidad y la dureza de la misma. El valor del agua equilibrada es 0 y el rango ideal para el índice de Langelier está entre -0.5 y +0.5.

Si el valor del índice es positivo y superior a 0.5, se trata de un agua incrustante y el carbonato de calcio podría precipitar y formar placas calcáreas. Si el valor es negativo e inferior a -0.5 debe interpretarse que el agua es corrosiva y podría atacar a los equipos. En ambos casos, se deben tomar medidas para regular el pH, la alcalinidad o la dureza. Para la parte de cálculos se halló el pHs en la siguiente gráfica:

El pHs de la gráfica es 7.5.

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