Universidad Tecnológica de Panamá

Centro Regional de Coclé

Facultad de Ingeniería Civil

Licenciatura en Saneamiento y Ambiente

Tratamientos de aguas y aguas residuales

Laboratorios:

Acidez total

Alcalinidad total

Dureza total

Dureza de calcio

Dureza de magnesio

Cloruro

Estudiante:

Alexander Charpentier R.

Estefany Camargo

Cedula:

2-731-2172

2-734-232

Profesora:

Icela de Rojas

Profesor de laboratorio:

Cenobio Cárdenas

I Semestre 2015

INTRODUCCIÓN

En nuestro planeta, el agua (H2O) es la única sustancia que coexiste abundantemente en los tres estados físicos posibles. Es nuestro único líquido común y el sólido pura más ampliamente distribuido, estando siempre presente en todas partes de la atmósfera suspendido en forma de partículas de hielo o sobre la superficie terrestre en diversos tipos de nieve y hielo. Es esencial para la vida; como importante reguladora de la temperatura corporal, como disolvente y vehículo portador de nutrientes y productos catabólicos, como reactante y medio de reacción, como lubricante y plastificador, como estabilizante de la conformación de biopolímeros, como probable inductora del comportamiento dinámico de macromoléculas, incluyendo sus propiedades (Enzimáticas) catalíticas y de otras formas ignoradas.

Es verdaderamente sorprendente que la vida orgánica dependa tan íntimamente de esta pequeña molécula inorgánica y quizás más destacable aun que muy pocas personas y científicos se hayan percatado de ello.

Pero el agua como principal componente de muchos alimentos; realiza una serie de tratamientos tanto industriales como domésticos; para obtener los:

-Alcalinidad

-Fenolftaleína

-Dureza Total

-Cloruro

EXPERIENCIA DE LABORATORIO #8

DUREZA

OBJETIVO GENERAL:

Determinación de la dureza en aguas superficiales, subterráneas y potables.

OBJETIVO ESPECÍFICO:

Cuantificar la cantidad de iones de calcio magnesio que ocasionan la dureza en las aguas, por el método de titulación EDTA.

CONTENIDO O RESUMEN TEÓRICO:

Se considera que un agua es dura cuando requiere cantidades considerables de jabón para hacer espuma o que es capaz de producir escamas o precipitaciones en tuberías de agua caliente, calentadores, calderas y otras unidades en las cuales el agua alcanza temperaturas elevadas.

Muchas de las desventajas que presentan las aguas duras para uso doméstico han sido disminuidas con el advenimiento de los detergentes sintéticos; sin embargo, el jabón se sigue usando como higiene personal y ciertos tipos de limpieza de ropa en los cuales trabaja mejor como agente de limpieza, el problema de la formación de escamas o precipitados continua aun en vigor a pesar de los adelantos realizados en el crecimiento de la química del agua y en el desarrollo de dispositivos apropiados para prevenir este mal.

Debido a estas consideraciones las aguas continúan siendo motivo de objeción por parte de consumidores y esta tendencia es más acentuada desde el punto de vista industrial del municipal excepto en aquellos casos en los que la dureza es considerada como extremadamente alta.

La dureza del agua varía considerablemente de un lugar a otro y refleja la naturaleza de las formaciones geológicas con las cuales ha estado en su contacto. Por lo general las aguas superficiales son más blandas que las aguas subterráneas ya que estas últimas han atravesado varios estrados obteniendo así mayor concentración de los diferentes constituyentes del suelo y del subsuelo.

La dureza es causada por cationes metálicos divalentes los cuales son capaces de reaccionar con el jabón para formar espumas. También reaccionan con ciertos iones presentes en el agua para formar escamas. Los cationes responsables de la dureza son el calcio y el magnesio (principalmente), el estroncio, hierro y manganeso 2+. En la tabla adjunta se indican estos cationes además de los aniones más importantes con los cuales están asociados en orden de su abundancia relativa en las aguas naturales.

Como se mencionó anteriormente la dureza del agua se deriva en gran escala de su contacto con el suelo y las formaciones rocosas que atraviesa. El agua de

lluvia que cae a la tierra es incapaz de disolver las tremendas cantidades de sólidos que se encuentran en muchas de las aguas naturales. La facultad para disolver, la obtiene en el suelo cuando se combina con el dióxido de carbono (liberado de la acción bacterial sobre la materia orgánica) el cual existe en equilibrio con el ácido carbónico. Bajo las condiciones que se desarrollan (pH bajo), los materiales básicos, particularmente las formaciones de caliza son atacadas y disueltas. En términos generales las aguas duras se originan en áreas donde las superficies del suelo tienen un espesor considerable y las formaciones calcáreas son escasas y están dispersas o ausentes en su totalidad.

A través de los años se han propuesto muchos métodos para la determinación de la dureza pero dos son los que preferiblemente están en uso hoy día. Uno es el método del cálculo basado en los resultados de las determinaciones por separado de calcio y magnesio. El otro método es el de la titulación de la muestra de EDTA utilizando negro de eriocromo T como indicador para la dureza total o murexida para la determinación del contenido de calcio.

Tipos de dureza

Además de la dureza total en ocasiones es de interés conocer los tipos de dureza presente. Esta es clasificada en dos formas:

a- Con respecto al ion metálico (dureza de calcio y dureza de magnesio).b- Con respecto aniones asociados con los iones metálicos (dureza

carbonatada o temporal y dureza no carbonatada o permanente).

Para el cálculo de la dureza al calcio o al magnesio, se determina la dureza de calcio con el método de titulación con EDTA utilizando murexina como indicador que forma complejo solo con los iones de calcio. El valor así obtenido se sustrae de la dureza total para obtener la dureza debida al magnesio.

Por otro lado la parte de la dureza que es químicamente equivalente a la alcalinidad de carbonatos y bicarbonatos presentes en el agua se considera como dureza carbonatada.

Ya que la dureza y alcalinidad son ambas expresadas en términos de CaCO3 la dureza carbonatada puede ser calculada de la siguiente manera:

-Cuando la alcalinidad ≤ Dureza total

Entonces: dureza carbonatada (mg/l) = alcalinidad (mg/l)

-Cuando la alcalinidad > dureza total

Entonces: dureza carbonatada (mg/l) = dureza total (mg/l)

La dureza carbonatada es fácil de reconocer ya que lo iones bicarbonatados (HCO-

3) y carbonatos (CO32-) con los cuales está asociada tiende a precipitar

esta porción de la dureza a temperaturas elevadas tal como ocurre en calderas (3) o durante los procesos de ablandamiento con cal (4).

Ca2+ + 2 HCO3- —> CaCO3 + CO2 + H2O

Ca2+ + 2 HCO3 + Ca (OH)2 —> 2 CaCO3 + 2 H2O

Este tipo de dureza la podemos considerar como parte de la dureza total que se origina a parir de la acción del ácido carbónico sobre la caliza. A la dureza carbonatada se le ha dado el nombre de dureza temporal ya que esta puede removerse por precipitación sometiendo a la nuestra a una ebullición prolongada.

Del valor de la dureza total, aquella que no es dureza carbonatada recibe el nombre de dureza no carbonatada o dureza permanente y se puede calcular de la siguiente manera:

Dureza permanente = Dureza total – Dureza carbonatada o temporal

La razón por la cual la dureza carbonatada también se le llama dureza permanente se debe a que no puede ser removida o precipitada con calentamiento o ebullición como ocurre con la dureza carbonatada o temporal. Esta dureza no carbonatada o permanente se debe a los iones de calcio y magnesio asociados con aniones como sulfatos (SO4), cloruros (Cl-) y nitratos (NO-

3).

RECURSOS (EQUIPOS Y REACTIVOS):

1. 6 Erlenmeyer de 250 ml2. 1 Bureta de 25 ml con soporte3. 2 Espátulas de metal4. 2 Probetas de 5 ó 10 ml5. 1 Pipeta para medir la muestra6. Solución de EDTA 0.01 M7. Solución amortiguadora para dureza total8. Solución de NaOH 1N9. Indicador negro de eriocromo T10. Indicador murexina

PROCEDIMIENTO O METODOLOGÍA:

DUREZA TOTAL:

1. Se llena la bureta con la solución de EDTA y se registra el nivel del líquido en la bureta.

2. Se miden los volúmenes apropiados de muestra, según el ámbito de dureza que se indica:

Volumen de muestra (ml) Ámbito de dureza (mg/l como CaCO3)

50 0-30025 301-60010 601-1500

Si solo se necesitan 25 ml de la muestra, se agregan 25 ml de agua destilada para obtener un volumen total de 50 ml; con una muestra de 10 ml, se agregan 40 ml de agua destilada, la cantidad de agua destilada se mide con una probeta graduada.

3. Se agregan de 1 a 2 ml de la solución amortiguadora o lo necesario para obtener pH de 10.0

4. Con la espátula adicione una pequeña cantidad del negro de eriocromo T y mezcle para su disolución.

5. Si la muestra cambia al calor rojo se agrega gradualmente la solución tituladora de EDTA. Se continúa la adición de la solución tituladora hasta que el color rojo vire a un tono morado. En este punto se detiene la adición del reactivo, por diez segundos, aunque se continúa agitando.

6. Se reinicia la adición de la solución de EDTA, a gotas, hasta obtener un cambio a un tono azul brillante.

DUREZA DE CL CALCIO:

1. Se miden los volúmenes apropiados de muestra siguiendo las mismas recomendaciones que para la dureza total.

2. Adiciones 1,2 ó más ml de NaOH 1N hasta obtener un pH entre 12 y 13 para asegurar la precipitación del magnesio como Mg(OH)2.

3. Con la espátula agregue una pequeña Proción del indicador murexina y mezcle para su disolución. La disolución toma un color rosado si hay presencia de calcio.

Nota: debido al alto pH utilizado en este procedimiento inicie la titulación inmediatamente después de añadir el álcali y el indicador.

4. Titule con EDTA lentamente y con agitación continua hasta obtener el viraje del indicador de rosa a violeta.

CÁLCULOS

DUREZA TOTAL

Se calcula la dureza total, en términos de mg/l, como carbonato de calcio, multiplicando el resultado obtenido por el factor correspondiente.

Volumen usado de muestra Multiplique la lectura en la solución de EDTA por:

50 2025 4010 100

PARA LA MUESTRA #1

V1 = 1

V2 = 4,4

Dureza total = ml de EDTA (V2 – V1) X 1000/50 ml

= (4,4 – 1,0) x 20 ml

= 68 mg/l como CaCO3

DUREZA DE CALCIO

Se calcula la dureza debido al calcio en términos de mg/l como carbonato de calcio, multiplicando el resultado obtenido por el factor correspondiente. Utilice los mismos factores que para el cálculo se la dureza total.

PARA LA MUESTRA #1

V1 = 9,7

V2 = 10.8

Dureza de calcio = V2 – v1 X 1000/50 ml

= 10,8 – 9,7 x 20

= 22 mg/l como CaCO3

DUREZA DE MAGNESIO

La dureza de magnesio en términos de mg/l como carbonato de calcio se obtiene por diferencia:

Dureza de Magnesio = Dureza total – Dureza de calcio como CaCO3

= 68 – 22

= 46 mg/l como CaCO3

DUREZA TEMPORAL O CARBONATADA

Alcalinidad total ≥ Dureza total

Dureza temporal = Dureza total

Alcalinidad total < Dureza total

Dureza temporal = Alcalinidad total

PARA LA MUESTRA #1

- Alcalinidad total = 50 ml/l- Dureza total = 68 ml/l

Dureza temporal o Carbonatada: 50 mg/l

DUREZA PERMANENTE O NO CARBONATADA

Dureza permanente (mg/l) = Dureza total – Dureza Temporal o Carbonatada

= 68 mg/l – 50 mg/l

Dureza permanente = 18 mg/l

PREGUNTAS

1. Discuta los principios envueltos en el método trimétrico de la titulación con EDTA para la determinación.

La dureza del agua ha sido definida tradicionalmente como la capacidad del agua para precipitar jabón. Se encontró más tarde que las especies iónicas en el agua que causan la precipitación eran principalmente el calcio y el magnesio. En el presente, por lo tanto, la dureza del agua es en realidad una medida cuantitativa de estos iones en la muestra de agua. También se conoce ahora que otras ciertas especies iónicas, tales como el hierro, el zinc y el manganeso, contribuyen a la dureza global del agua. La medida y el consecuente control de la dureza del agua es esencial para evitar el descamamiento y el taponamiento en tuberías de agua.

2. Un agua tuve el siguiente análisis:

Mg/L (cationes) Mg/L (aniones)Na+ - 20 Cr -40K+ - 30 Alcalinidad – 67Ca2+ - 5 C02-

3 – 0Mg2+ - 10 SO4

2- - 5Sr2+ - 2 NO3

- - 10En base a los resultados obtenidos determine la dureza total, dureza

carbonatada y dureza no carbonatada en mg/l como CaCO3.

EXPERIENCIA DE LABORATORIO #10

CLORUROS (Cl-)

OBJETIVO GENERAL: Determinación de la concentración de cloruros en muestras de aguas naturales y aguas potable.

OBJETIVO ESPECÍFICO: Cuantificar mediante el método de Morh o Argentométrico la presencia de ión cloruros en aguas.

CONTENIDO O RESUMEN TEÓRICO:

Se llama cloruro al ión Cl- el cual es un constituyente común de las aguas.

En el agua potable el sabor salado producido por la presencia de cloruros varía y depende de la composición química del agua, así, se observa el fenómeno de aguas que contienen hasta 1,000 mg/l de cloruros que no presentan sabor salado alguno, sin embargo, si se observa en otras aguas con un contenido de cloruros de 250 mg/l. se percibirá sabor salado a concentraciones relativamente bajas de cloruros si el catión sodio (Na+) es el ión asociado predominante (NaCl), no así en los casos en que los cationes predominantes con Ca++ (CaCl) y/o Mg++ (MgCl) los cuales no introducen sabor salado aún a elevadas concentraciones de cloruros.

La concentración de ión cloruro en las aguas negras es mayor que en las aguas crudas ya que el cloruro de sodio es un compuesto de uso común en la dieta diaria. El cloruro de sodio atraviesa todo el sistema digestivo sin sufrir cambios en su composición.

La introducción del agua salada en los sistemas de aguas subterráneas es responsable de las elevadas concentraciones de cloruros encontradas en puntos cercanos al mar, los cuales pueden aumentar por la aportación de los desechos de los procesos industriales.

Un elevado contenido de cloruros en las aguas municipales es objetable ya que pueden ocasionar daños en los sistemas de tuberías. Si el agua es utilizada para riesgos puede causar quemaduras en las hojas o la muerte de las plantas.

RECURSOS (REACTIVOS Y EQUIPOS):

3 Erlenmeyer de 250 ml

1 bureta de 50 ml

Solución indicadora de cromato de potasio

Titulante estándar de nitrato de plata de 0.0141 N

Ácido sulfúrico 1 N o NaOH 1N para ajustar el pH

PROCEDIMIENTO O METODOLOGÍA:

1. Utilice 50 ml de muestra o una muestra o una apropiada, diluida a 100 ml.

2. Si es necesario, ajuste el pH de la muestra en un ámbito de 7 a 10 unidades de pH, con H2 SO4 o NaOH. Es importante ajustar el pH.

3. Prepare un testigo de color con 100 ml de agua destilada y 1.0 ml de K2CrO4 y adicione AgNO3 hasta la formación el color rojizo (generalmente se usan de 0.2 a 0.3 ml de AgNO3 o más para un analista no eperimentado).

4. Adicione a la muestra 1.0 ml de la solución indicadora de K2CrO4.5. Titule con AgNO3 0.00141 N hasta la aparición del color rojizo semejante

al del testigo preparado.

CALCULOS

Anote los ml de AgNO3 consumidos por la muestra y reemplace en la fórmula siguiente:

Mg/l Cl = (A−B )∗N (AgNO3 )∗35,450ml demuestrautilizada

A = ml utilizados para la titulación de la muestra

B = ml utilizados para la titulación del testigo

PARA LA MUESTRA #1

V1 = 0

V2 = 5,4

Mg/l Cl = (5, 4 – 0) x 0, 0141 x 35,450 / 50 ml

Mg/l Cl = 54 mg/l Cl

PREGUNTAS:

1. ¿Cuál es el valor según la norma de agua potable panameña, para el contenido de cloruros en aguas de abastecimiento público?

Según la norma panameña de agua potable, el valor máximo de cloruro permitido es de 250,00 mg/l, pero es recomendable 10,00 mg/l.

2. ¿Qué significado tiene desde el punto de vista de salud pública el contenido de cloruros en aguas de abastecimiento público?

Desde el punto de vista de salud pública el contenido de cloruros en aguas de abastecimientos público es sumamente perjudicial para la salud de las personas.

3. ¿Por qué es importante el control del pH en el método utilizado?

El pH se refiere a la concentración de iones de Hidrogeno (H+) los cuales determinan el grado de acidez y basicidad de una solución.

El índice de la escala de pH es muy importante en procesos químicos, biológicos, industriales y en general en la vida cotidiana, por ejemplo la diferencia entre la lluvia normal y la lluvia ácida sólo se expresa a través de la escala del pH.

4. Mencione dos métodos adicionales que se utilizan para la determinación de cloruros en agua.

-Método del nitrato de mercurio. Éste tiene la ventaja que el punto final de la reacción es fácilmente apreciable.

-Método potencio métrico se aplica mediante un potenciómetro y un electrodo de cloruros. Este método es recomendable para aguas con elevado color y turbidez.

CONCLUSIÓN

El agua en todo proceso industrial o doméstico, debe tener una calidad físico – química bastante buena para cualquier uso. En general se puede decir que según las normas, y los análisis practicados en el laboratorio;

Al agua potable o natural se le debe determinar:

El pH del agua, el cual indica la intensidad de acidez que pueda presentar.

La alcalinidad, la cual va a depender del pH del punto final utilizado en la determinación

La dureza total, que es la que va a medir el contenido de sales carbonáticas y no carbonáticas asociados con los iones calcio y magnesio (Ca+ mg)

El Cloruro, se basa en que el cloruro a pH 8 o menor.

BIBLIOGRAFÍA

Química para ingeniería ambiental.

Normas panameña de agua potable.

Procedimiento de muestreo de aguas.