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SULFATOS Consideraciones Generales y Significado Sanitario - El ión sulfato es uno de los mayores aniones presentes en aguas naturales - Se encuentran muy distribuidos en la naturaleza, y son abundantes en agua duras. - Tienen gran importancia en abastecimientos de agua potable, debido a su efecto fisiológico catártico en los humanos, cuando está presente en excesivas cantidades. - Por esta razón el Reglamento de la “Requisitos Oficiales (físico, fisicoquímicos y bacteriológicos) que deben reunir las aguas de bebida para ser consideradas potables” (R.S. del 17-XII-1946) del Ministerio de Salud, indica que el ión sulfato no debe exceder de 250 ppm. (ahora 400 ppm). - Los sulfatos son importantes tanto en abastecimientos públicos de agua como industriales, debido a la tendencia de las aguas que los contienen en apreciables cantidades a formar incrustaciones duras en calderos y calentadores. - Los sulfatos tienen gran importancia en desagües y desechos industriales, por que ellos son indirectamente responsables de dos serios problemas frecuentemente asociados con el manejo y tratamiento del desagüe. Estos son: 1. Olores. 2. Corrosión de conductos de desagüe. Estos dos problemas resultan de la reducción de sulfatos a H2S, bajo condiciones anaeróbicos como se muestran en las siguientes reacciones: SO4= + Materia Orgánica

Bacterias Anaeróbicas

S= + 2H

S= + H2O + CO2 H2S

-

El H2S es un gas que causa parálisis de los centros nerviosos, del corazón y de los pulmones que resulta de la pérdida del conocimiento y lleva a la muerte.

Selección del Método de Análisis Existen tres métodos usualmente usados para la determinación de sulfatos, según se empleen procedimientos gravimétricos, turbidimétricos o volumétricos. La selección del método depende considerablemente de tres condiciones: - El propósito para el cual se hace la determinación - La concentración de sulfatos en la muestra - La exactitud requerida de los resultados. De acuerdo a estas condiciones: a. Método Gravimétrico Se reconoce como procedimiento normal, es el más exacto y se usa para concentraciones mayores de sulfatos de 10 ppm. Tiene una exactitud aproximada del 1%. b. Método Turbidimétrico Es una determinación rápida y exacta. Se usa para concentraciones menores de 10 ppm de sulfatos, siendo en este caso más exacto que el método anterior. Para mayores concentraciones su exactitud es de 10% o más. c. Método Volumétrico. Es menos exacto. Aplicable a soluciones que contengan más de 100 ppm de sulfatos, donde es aceptable una exactitud de aproximadamente 10%. Se utiliza generalmente para análisis de aguas de calderas, donde es necesario rapidez en el resultado y donde la exactitud que da el método es suficiente.

Determinaciones en el Laboratorio a. Método Gravimétrico:

1. Principio

o A la muestra que contiene sulfatos, se le agrega una solución diluida de Cloruro de Bario, a fin de precipitar el ión sulfato como Sulfato de Bario . Así: Ba++ + SO4= BaSO4↓ o sea: SO4Ca + BaCl2

BaSO4↓ + CaCl2

Reacción por desplazamiento. El ión Ba++ desplaza al ión Ca++ o La precipitación se realiza en una solución ligeramente acidulada con HCl, a una temperatura cercana al punto de ebullición. o El precipitado se filtra, se lava con agua, se calcina y se pesa como Sulfato de Bario. 2. Interferencia o Inducen a la obtención de resultados altos la Sílice y las sustancias suspendidas no volátiles. o Deben encontrarse ausentes el fierro y los sulfitos 3. Muestreo y Almacenamiento o En presencia de materia orgánica, algunas bacterias reducen los sulfatos a sulfuros; a fin de evitar esto, las muestras muy poluídas deben conservarse a baja temperatura. o El sulfito puede oxidarse formando sulfatos, por medio del Oxigeno Disuelto, a un pH superior a 8. 4. Equipos y Reactivos. Equipos

Aparato de Filtración Filtros Crisol Gooch Desecador Mufla con indicador de temperatura Estufa de secado Baño de vapor

Reactivos

Indicador de Rojo Metilo Acido Clorhídrico 1 + 1 Solución de Cloruro de Bario Crema de Asbesto Solución de Nitrato de Plata – Acido Nítrico

5. Procedimiento a. Se ajusta la muestra clarificada ( tratada si es necesario para eliminar los agentes interferentes) para que, aproximadamente, contenga 50 mgs del ion Sulfato en un volumen de 250 ml y se hace aproximadamente 0.05 N con HCl. Se pueden tolerar menos concentraciones del ion Sulfato, si no es práctico concentrar la muestra al nivel óptimo, pero en tal caso es mejor fijar el volumen total a 150 ml. Un substituto satisfactorio para el ajuste de la normalidad del ácido es buscar que, por la adición de HCl, la solución sea justamente ácida al indicador de rojo de metilo. b. Agregue 2 ml de HCl 1+1 y caliente la solución a ebullición. c. Con agitación suave agregue la solución de Cloruro de Bario tibia hasta que se considera completa la precipitación aplicando un exceso de unos 2 ml. d. Si es pequeña la cantidad de precipitado, se agrega un total de 5 ml de solución de Cloruro de Bario. e. El precipitado que se forma deberá dejarse en digestión durante 2 horas

entre 80° a 90 °C. f. Preparación del filtro Crisol Gooch Se prepara una capa filtrante de asbesto en el Crisol, usando un aparato adecuado de succión. Se lava con varias porciones de agua destilada caliente, se seca y se calcina a 300 °C, cuando menos por 30 minutos. Se enfría el Crisol en desecador y se pesa. g. Utilizando el Crisol Gooch preparado anteriormente filtre y lave el precipitado con pequeñas porciones de agua destilada tibia, hasta que el filtrado este libre de Cloruro, según la

indicación del uso de la solución de Nitrato de Plata Acido Nítrico. h. Se seca el filtro y el precipitado y se calcina a 300°C hasta

peso constante (mínimo 30 minutos). i.

Se enfría en desecador y se pesa.

6. Cálculo Mg BaSO4 x 411.5 = 4

mg/lt SO

= ml de muestra

¿Cómo se ha determinado ese cálculo?  

Peso Equivalente del BaSO4 = 116.71 Peso Equivalente del SO4= = 48.03 mg de SO4=

Peso(mg)BaSO4 =

48.03

116.71

 Luego: Peso(mg)BaSO4 x 48.03 mg de SO4= = 116.71 

Por ml de muestra: Peso(mg)BaSO4 x 48.03 mg/ml de SO4= = 116.71 x ml de muestra PM

SO4= SO4Ba

32 + 16 x 4 = 22 + 64 = 96 32 + 64 + 137

= 233

 Para llevar a mg x litro (ppm)

P.Esp. 48 116

Peso(mg) BaSO4 x 48.03 x 1000 = 4

Mg/ml de SO

= ml de muestra x 116.71

 De donde: Peso(mg) BaSO4 x 411.5 Mg/litro de SO=4 = ml de muestra 7. Precisión y Exactitud Se obtiene una precisión aproximada de 1%

b. Método Turbidimétrico 1. Principio o Este método se basa en el hecho de que el Sulfato de Bario tiende a precipitarse en forma coloidal y que esta se mejora más aún con la presencia de apreciables cantidades de Cloruro de Sodio. o Por estandarización del procedimiento usado para producir la solución coloidal del Sulfato de Bario, es posible obtener resultados que son cuantificables y aceptables para una gran cantidad de propósitos. 2. Determinación a. Aparatos a utilizar:  Turbidímetro Hellige  Erlenmeyer  Cucharita de capacidad 0.4 ml aproximadamente. b. Reactivos  Cloruro de Bario en cristales, que pasa por malla 20 y sea retenido en malla 30, calidad ACS  Solución acondicionadora  Solución patrón de sulfato (1 ml = 0.10 mg de SO4) c. Procedimiento  Filtre la muestra hasta obtener un filtrado sin turbiedad.  Tome 50 ml de la muestra filtrada en un Erlenmeyer de 250 ml y agréguele 5 ml de solución acondicionadora. Mezcle bien y

agregue una cucharadita de Cloruro de Bario, agite suavemente por 1 minuto y deje reposar 4 minutos.  Haga la lectura en el turbidímetro y obtenga la concentración de sulfatos en la tabla que al efecto trae el turbidímetro. d. Cálculo mg de SO4 x 1000 mg/l de SO4 = ml de muestra Notas Para la preparación de la curva de calibración, diluya a concentraciones adecuadas las solución patrón de sulfato y determíneles la turbiedad, después de aplicar el mismo procedimiento que se aplica a las muestras. Trace una curva de las lecturas del aparato en función de los mg de SO4 Debido a la interferencia que ocasionan el color y las sustancias suspendidas que persisten después del filtrado, es necesario practicar una corrección por la turbiedad aparente de la muestra. Además del blanco se procesa simultáneamente un testigo de la muestra a la que no se agrega el Cloruro de Bario. La turbiedad obtenida de este testigo se deduce de la obtenida de la muestra para l corrección correspondiente. También interfiere la Sílice en exceso de 500 mg/lt. Asimismo, en aguas con elevado contenido de materia orgánica puede no ser posible precipitar satisfactoriamente el Sulfato de Bario. Si la muestra contiene más de 100 mg/lt. de Sulfato dilúyase y determínese de nuevo.

3. Preparación de los Reactivos Solución Acondicionadora Mezcle 50 ml de glicerina con una solución que contenga 30 ml de HCl concentrado, 300 ml de agua destilada, 100 ml de alcohol etílico o isopropílico al 95% y 75% gramos de Cloruro de Sodio, que no contenga Sulfatos por encima del 0.002%

Solución Patrón de Sulfato (1 ml igual a 0.10 mg de SO4) Diluir 10.41 ml de la solución valorada de H2SO4 0.02N que se especifica para la alcalinidad, a un volumen de 100 ml con agua destilada.

4. Precisión y Exactitud o Se obtiene una precisión de aproximadamente 5% en el resultado, cuando no se tiene interferencias y es uniformemente buena la técnica de laboratorista. o Se estima que la exactitud bajo las mejores condiciones analíticas es de aproximadamente el 10% de la concentración del ión Sulfato, cuando la concentración es inferior a 10 mg/lt y que decae mucho la exactitud para concentraciones superiores a 40 mg/lt.

c. Método Volumétrico Varios métodos volumétricos han sido propuestos para la determinación de sulfatos. Todos ellos son faltos de sensibilidad y precisión y no son aplicables para aguas naturales de carácter potable. Ellos son usados para propósitos de control en aguas salinas y de calderas.

Aplicación de la Información de Sulfatos El contenido de sulfatos en aguas naturales es una consideración importante para determinar su conveniencia para abastecimientos de agua públicos e industriales. En áreas donde la temperatura de los líquidos cloacales sean altos, el tiempo que permanecen en los desagües es largo, y es apreciable la concentración de sulfatos, en la cima o parte alta de la tubería de concreto puede producirse corrosión, (CROWN) y esto ha sido siempre un problema muy importante. Por eso, en casos similares, es importante el contenido de sulfatos Bacterias H2S + 2O2

H2SO4

La formación de H2S en desagües y corrosión en la parte alta de la tubería, resulta de la oxidación del H2S a H2SO4.

El H2SO4 es ácido fuerte que ataca el concreto. Este efecto es intensivo en la parte alta (corona) cuando el drenaje está trabajando a menos de medio tubo. Es decir el H2SO4 proviene de la oxidación de los sulfuros. El sulfuro de hidrógeno sólo se encuentra donde se pueda formar, cuando las condiciones del medio sean favorables, por ejemplo en los procesos de descomposición de las turbas, en los medios reductores en los que los sulfatos pasan a sulfuros por acción de las bacterias, en las aguas negras, etc. También puede tener origen geológico. Se encuentra también en el fondo de los embalses recientemente construidos, y en algunos lagos, igualmente, en los ríos que soportan una carga grande de aguas negras, cuando se encuentran en proceso de putrefacción, por una polución industrial, en las aguas mineromedicinales sulfhídricas, etc. En estas últimas donde el anión sulfuro adquiere una extraordinaria importancia. Es importante conocer o tener presente lo descrito anteriormente ya que el hidrógeno sulfurado es muy tóxico. En las aguas negras, el ácido sulfhídrico presente es el resultado de la descomposición anaeróbica de los compuestos que contienen azufre (cistina, cisteina, metionina, etc. El agua para la bebida no debe tener ni hidrógeno sulfurado ni ión sulfuro. En determinadas circunstancias, cuando se da una presencia elevada de materia orgánica y de microorganismos, principalmente anaeróbicos, desaparecen los sulfatos y aparecen los hiposulfitos, sulfuros o el azufre. Por ejemplo, las aguas de la turberas y de las fuentes en las que se encuentra gran contenido de materia orgánica. El hidrógeno sulfurado se elimina por simple aireación y por cloración. La presencia de hidrógeno sulfurado facilita el desarrollo de las bacterias, por lo que las aguas que lo contengan serán agresivas.

Gotitas de Agua

Hogar de las bacterias H2 S O2

O2 Aire

H2 S Problemas de olor y corrosión

H2 S

O2

O2

SO4=

H2 S H2 S Desagüe S= S= + 2H+

O2

H2 S Condiciones Anaeróbicas