determinacion de alca

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFacultad De Ingeniería Química Laboratorio de Tratamiento de Aguas

DETERMINACIÓN DE LA ALCALINIDAD (PARCIAL Y TOTAL) EN AGUAS NATURALES: MÉTODO

VOLUMÉTRICO

OBJETIVOS

Determinar la cantidad de Carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos, con un ácido

valorado en presencia de 2 indicadores ( Fenolftaleína y morado de metilo )

FUNDAMENTO TEÓRICO

METODOS DE DETERMINACIÓN DE LA ALCALINIDAD

La alcalinidad es medida volumétricamente por titilación con H2SO4 0, 02 N y se expresa como equivalente de CaCO3. Para muestras cuyo p H inicial esta por encima de 8. 3, la titulación se hace en dos fases. La primera transcurre hasta cuando el p H baja a 8. 3, punto en el cual el indicador de fenolftaleína cambia de rosado a incoloro. La segunda fase progresa hasta cuando el p H baja alrededor de 4.5, nivel que corresponde al punto final del verde bromocresol. Cuando el p H de una muestra es menor que 8.3 se hace una titulación única para un p H de 4.5.La determinación del p H 8.3 como punto final para el primer paso de la titulación se hizo de acuerdo con las bases fundamentales de la titulación. Este valor corresponde al punto de equivalencia para la conversión del ión carbonato al ión bicarbonato:

CO32 - + H+ HCO3

-

El uso de un p H cercano a 4.5 para el punto final del segundo paso de la titulación corresponde aproximadamente al punto de equivalencia para la conversión del ión bicarbonato a ácido carbónico:

HCO3- + H+ H2CO3

El punto final exacto para esta titulación dependería de la concentración inicial del ión bicarbonato en la muestra.A una concentración de 0.01 M de [HCO3

- ] corresponde una alcalinidad de 500 m g / l en términos de CaCO3, para la cual el punto de equivalencia sería un p H de 4.19.Estas consideraciones requieren que el ácido carbónico o el dióxido de carbono formando a partir del bicarbonato durante la titulación permanezcan en la solución.Esto es difícil de asegurar, y por esta razón las consideraciones mencionadas arriba son, en buena parte, de interés teórico.El p H real del punto final estequiométrico en las determinaciones de la alcalinidad puede ser mejor definido mediante titulaciones potenciométricas. Este hecho es muy importante en aguas naturales donde la alcalinidad total es la suma de los efectos resultantes de las sales de ácidos débiles, de las cuales el bicarbonato es solo una. El p H al cual ocurre la inflexión en la curva de titulación se toma como el punto final real. Los valores de p H dados para los puntos de equivalencia de varios niveles de alcalinidad en los “ Métodos estándar ” se cumplen sólo

LABORATORIO Nº 5: DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD


para soluciones de bicarbonato químicamente puras y no deben ser aplicados indiscriminadamente a aguas residuales de uso domestico o industrial, ni aún a aguas naturales.

Fenolftaleína y alcalinidad total

El análisis de las curvas de titulación para una base fuerte (alcalinidad por hidróxido), y para el bicarbonato de sodio muestra esencialmente que todo hidróxido ha sido neutralizado en el momento en que el p H disminuye a 10 y que el carbonato ha sido convertido a bicarbonato cuando el p H baja a 8.3. En una mezcla que contenga hidróxido y carbonato, el carbonato modifica la curva de titulación hasta el punto que la inflexión sólo ocurre a un p H de corriente expresar la alcalinidad medida en el punto final de la fenolftaleína como alcalinidad de fenolftaleína. Este término es ampliamente 8.3. Debido a esto es corriente expresar la alcalinidad medida en el punto final de la fenolftaleína como alcalinidad de la fenolftaleína. Este término es ampliamente usado en la actualidad en el área de tratamiento de residuos y aún es utilizado en alguna medida en el campo del análisis de aguas.Si la titulación de una muestra que originalmente era alcalina por su contenido de carbonato y de hidróxido continúa mas allá del punto final de fenolftaleína, los bicarbonatos reaccionan con el ácido y son convertidos a ácido carbónico. La reacción es esencialmente completa cuando el p H baja a cerca de 4.5.La cantidad de ácido requerido para reaccionar con hidróxido, carbonato y bicarbonato representa la alcalinidad total. Es usual expresar la alcalinidad en términos de CaCO3; por tanto, se usa H2SO4 N/50 0,02 N para su medición

En la determinación de la alcalinidad total, el p H en el punto final estequiométrico se relaciona en forma directa con la cantidad de carbonato originalmente presente en la muestra.

Calculo a partir de las medidas de la alcalinidad

En este procedimiento se determinan la alcalinidad de fenolftaleína y la alcalinidad total, y a partir de estas medidas, se harán los cálculos de tres tipos de alcalinidad: hidróxido, carbono, y bicarbonato. Esto se puede hacer asumiendo (incorrectamente) que la alcalinidad por hidróxido y por bicarbonato no pueden existir en la misma muestra. Esto permite sólo cinco situaciones posibles, que son : ( 1 ) sólo hidróxido, ( 2 ) sólo carbonato, ( 3 ) hidróxido más carbonato, ( 4 ) carbonato más bicarbonato, y ( 5 ) sólo bicarbonato. Se demuestra que la neutralización por hidróxido es completa en el momento en que se ha adicionado suficiente ácido para disminuir el p H a 8.3, y que el carbonato es neutralizado exactamente en la mitad cuando el p H ha sido disminuido al mismo nivel. Al continuar la titulación hasta alcanzar un p H de aproximadamente 4.5, se requiere una cantidad mínima de ácido en el caso del hidróxido y una cantidad exactamente igual a la que se necesita para obtener un p H de 8.3, para el carbonato. Ésta es la información fundamental para determinar los compuestos que producen la alcalinidad en la muestra, y la cantidad de cada uno. La figura 17.2 es una representación gráfica de una titulación típica obtenida de una muestra con varias formas de alcalinidad.

Sólo hidróxido. Las muestras que contienen sólo alcalinidad por hidróxido tienen un p H alto, usualmente por encima de 10. La titulación es esencialmente completa en el punto final de fenolftaleína. En este caso la alcalinidad por hidróxido es igual a la alcalinidad de fenolftaleína.



Sólo carbonato. Las muestras que contengan solamente alcalinidad por carbonato tienen un p H de 8.5 o más. La titilación al punto final de fenolftaleína es exactamente igual a la mitad de la titulación total. En este caso la alcalinidad por carbonato es igual a la alcalinidad total.

Hidróxido – carbonato. Las muestras que contengan alcalinidad por hidróxido y carbonato tienen un p H alto, usualmente por encima de 10. La titulación desde el punto final de fenolftaleína hasta el punto final del verde bromocresol representa la mitad de la alcalinidad por carbonato. Por tanto, la alcalinidad puede ser calculada como sigue:

Alcalinidad por carbonato = 2 (titulación de p H 8.3 a p H 4.5) x

Y Alcalinidad por bicarbonato = alcalinidad total – alcalinidad por carbonato

Sólo bicarbonato. Las muestras que contengan sólo alcalinidad por bicarbonato tienen un p H de 8.3 o menor. En este caso la alcalinidad por bicarbonato es igual a la alcalinidad total.

Aplicación De Los Datos De Alcalinidad

La información sobre la alcalinidad es útil en varios aspectos en la práctica de la ingeniería ambiental.

Coagulación química:

Los químicos utilizados para la coagulación del agua natural y del agua residual reaccionan con ella para formar precipitados insolubles de hidróxidos. Los iones hidrógeno liberados reaccionan con la alcalinidad del agua. Esta alcalinidad actúa para amortiguar el agua en un margen de valores de p H donde el coagulante pueda ser efectiva. Tiene que existir un exceso de alcalinidad que pueda ser neutralizado por el ácido liberado por el coagulante para que se produzca una coagulación efectiva y completa.

Ablandamiento del agua: En el ablandamiento del agua la alcalinidad es una medida muy importante para el cálculo de las cantidades necesarias de cal y ceniza de soda por los métodos de precipitación. La alcalinidad del agua ablandada se tiene en cuenta para saber si esta agua cumple los estándares de potabilidad.

Control de corrosión: La alcalinidad es un parámetro importante en el control de corrosión. Es un dato necesario para calcular el índice de saturación de LANGELIER.

Capacidad de amortiguación: La medida de la alcalinidad es un medio de evaluar la capacidad de amortiguación de las aguas residuales y los lodos.

Residuos industriales.-Las autoridades municipales y muchos organismos reguladores prohíben verter residuos con alcalinidad cáustica (de hidróxido) en aguas receptoras y en alcantarillas. La alcalinidad y el p H son factores importantes para determinar la viabilidad del tratamiento biológico de las aguas residuales.



Determinación De Carbonatos Y Bicarbonatos:

Generalidades:

La alcalinidad en el agua tanto natural como tratada, usualmente es causada por la presencia de iones carbonatos (CO3= ) y bicarbonatos ( HCO3

- ), asociados con los cationes Na+, K+, Ca+2 y Mg+2 . La alcalinidad se determina por titulación de la muestra con una solución valorada de un ácido fuerte como el HCl, mediante dos puntos sucesivos de equivalencia, indicados ya sea por medios potenciométricos o por medio del cambio de color utilizando dos indicadores ácido-base adecuado

Almacenaje de la muestra: La muestra de deberá analizar de inmediato. Los resultados de muestras almacenadas no son representativos.

Campo: Este método, es aplicable para la determinación de la alcalinidad de carbonatos y bicarbonatos, en aguas naturales, domésticas , industriales y residuales. La medición de la alcalinidad, sirve para fijar los parámetros del tratamiento químico del agua, así como ayudarnos al control de la corrosión y la incrustación en los sistemas que utilizan agua como materia prima o en su proceso.

Principios: En este método, la alcalinidad se determina por titulación de la muestra con una solución valorada de un ácido fuerte como el HCl, mediante dos puntos sucesivos de equivalencia, indicados por medio del cambio de color de dos indicadores ácido-base adecuados.

CO3-HCO3

HCO3-H2CO3

Cuando se le agrega a la muestra de agua indicador de fenolftaleína y aparece un color rosa, esto indica que la muestra tiene un pH mayor que 8.3 y es indicativo de la presencia de carbonatos.

Se procede a titular con HCl valorado, hasta que el color rosa vire a incoloro, con esto, se titula la mitad del CO3

=.

En enseguida se agregan unas gotas de indicador de azul bromofenol, apareciendo una coloración azul y se continúa titulando con HCl hasta la aparición de una coloración verde. Con esto, se titula los bicarbonatos (HCO3

-) y la mitad restante de los carbonatos (CO3=).

Si las muestras de agua tienen un pH menor que 8.3 la titulación se lleva a cabo en una sola etapa. Se agregan unas gotas de indicador de azul de bromofenol, apareciendo una coloración azul y se procede a titular con solución de HCl hasta la aparición de un color verde con eso se titula los HCO3

-.



Na+]

K+ ] CO3= + HCl NaCl + Na+HCO3

- NaCl + H2CO3 CO2 + H2O Ca+2] Mg+2]

Interferencias:

El color de la muestra, alta concentración de cloro y la formación de precipitados al titular la muestra, interfieren, ya que pueden enmascarar el cambio de color del indicador.

Preparación de una solución de tiosulfato de sodio 0,1 mol L-1

Disolver en un litro de agua destilada, recientemente hervida y enfriada, 25 g de Na 2S2O3.5H2O y adicionar a la solución, poco después, 0,1 g de carbonato de sodio e 3 gotas de cloroformo. Dejar la solución en reposo durante un día antes de estandarizar. Puede ser necesario filtrarse esta solución antes de estandarizarla, si después del periodo recomendado existiesen sólidos en su interior.

El tiosulfato de sodio hidratado, Na2S2O3.5H2O, no puede ser usado como estándar primario, porque no se tiene certeza en relación a su contenido de agua, debido a su naturaleza higroscópica. Cuando anhidra, esta sal es estable a 120 ºC durante mucho tiempo, pudiendo entonces, sobre estas condiciones, ser usado como estándar primario.

Estandarización de la solución de tiosulfato 0,1 mol L-1

Nota: El estándar primario, iodato o dicromato de potasio, a ser usado en la estandarización, debe secarse previamente en estufa a 120º C durante 2 ½ horas y guardado en un desecador.

Preparación: Antes de empezar la estandarización de la solución de tiosulfato, también prepare la solución de almidón, como descrito anteriormente, y 100 mL de una solución de ácido sulfúrico 1+4 v/v. Estas soluciones deben ser utilizadas a la temperatura ambiente. Tenga a mano también aproximadamente 300 mL de agua destilada hervida y enfriada a la temperatura ambiente



Estandarización: Para estandarizar esta solución, se pesa entre 0.11 e 0.13 g (anotándose hasta ± 0,1 mg) de iodato de potasio puro y seco en estufa a 120º C por 2½ horas (estándar primario). Se transfiere la masa pesada para un erlenmeyer de 250 mL y se disuelve esta muestra en 50 mL de agua previamente hervida y enfriada a la temperatura ambiente. Se agita periódicamente la solución resultante hasta la disolución total del iodato adicionado, lo que puede demorar algunos minutos. Después de su disolución, se adiciona 2 g de yoduro de potasio y 5 mL de ácido sulfúrico 1+4 v/v, homogenizándose. Este procedimiento debe seguirse para cada repetición, individualmente, y inmediatamente antes de proceder con la titulación.

Usándose una bureta con capacidad para 50.00 mL, titular la solución resultante con la solución estándar de tiosulfato, bajo agitación constante, hasta que el color castaño cambie para amarillo pálido. En este punto, con la ayuda de una probeta de 5 o 10 mL, se adiciona 2 mL de la solución de almidón (indicador) y se continúa la titulación, lentamente, hasta el cambio abrupto del color azul para incolor. Hacer la estandarización por triplicado, observando una precisión de 0,1%. Como el yoduro puede contener trazas de iodato y como el yodo es fácilmente oxidable por el aire, se recomienda siempre hacer una prueba en blanco y corregir el resultado, si fuera necesario.

Alternativamente puede usarse dicromato de potasio como estándar primario, pero esta reacción está sujeta a un grado de interferencia más grande y puede influir en los resultados si no fuera bien conducida. En este caso, se recomienda pesar entre 0.14 y 0.16 g (anotándose hasta ± 0,1 mg) de dicromato de potasio puro y seco a 120º C durante 2 ½ horas (estándar primario). La masa pesada es transferida para un erlenmeyer de 250 mL y se disuelve esta muestra en 50 mL de agua previamente hervida y enfriada a la temperatura ambiente. Se agita periódicamente la solución resultante hasta la disolución total del dicromato adicionado, lo que puede demorar algunos minutos. Adicionar inmediatamente 2 g de yoduro de potasio y 8 mL de ácido clorhídrico concentrado. Homogenizar y efectuar la titulación como en el procedimiento descrito para la estandarización con iodato, observándose cuidadosamente el viraje de la coloración azul, del almidón usado como indicador, para verde. Hacer la estandarización por triplicado, observando una precisión de 0,1%. En medio ácido, estas sustancias reaccionan con yoduro de acuerdo con las reacciones:

Las velocidades de estas reacciones aumentan bastante con el aumento de la concentración de los iones H+, y por eso debe hacerse en solución fuertemente ácida. Por otro lado, recuérdese que en soluciones muy ácidas pueden ocurrir errores debido a la oxidación del yoduro por el oxígeno del aire, pero haciéndose las estandarizaciones por los procedimientos anteriormente descritos, el error en la concentración final será minimizado. Con los datos obtenidos en la titulación y siendo considerando la estequiometria de la reacción utilizada, se calcula la concentración de la solución de tiosulfato.



Importancia En La Salud Pública

Como se sabe, la alcalinidad tiene poca importancia en la salud pública. Las aguas muy alcalinas usualmente tienen sabor desagradable y el consumidor tiende a buscar otras fuentes. Las aguas químicamente tratadas algunas veces tienen p H alto, el cual ha sido objetado por parte de los consumidores. Por estas razones se han establecido patrones generalizados para las aguas químicamente tratadas; tales patrones, relacionados con la fenolftaleína y la alcalinidad total y exceso.El Indicador: es una sustancia que tiene la propiedad de cambiar de color. Cuando se halla en presencia de un ácido ese indicador mostrará un color, y en presencia de una base otro color; indicando la mayor o menor concentración de hidrógeno. Generalmente son agentes colorantes orgánicos.

Rango De Ph De Algunos Indicadores

Indicador PH Color PH ColorAmarillo de metilo

2.9 Rojo 4 Amarillo

Fenolftaleina 8 Incoloro 10 VioletaRojo de metilo 4.2 Rojo 6.2 AmarilloTimolftaleina 8.6 Incoloro 10 AzulTornasol 4.5 Rojo 8 Azul

Parte Experimental

Materiales:

Bureta.

Soporte universal.

Pipeta.

Vaso de precipitado.

Vagueta.

Piceta.

Erlenmeyer



Reactivos:

Muestra ( agua de río y agua de mar )

Tiosulfato de sodio 0.1 N ( Na2S2O3 )

Indicador de fenolftaleina al 1% en etanol o metanol

H2SO4 0.02 N

Morado de metilo: solución conformada por rojo de metilo 0.1 N y azul de metilo 0.1 N.

Procedimiento:

1. Colocar 100 ml de muestra de agua en un matraz erlenmeyer.

2. Adicionar 2gotas de NA2S2O3 0,1N y 2 gotas de fenolftaleína si cambia rojo grosella ,titular H2SO4 0.02N hasta que la solución se ha incolora .anote volumen gastado (P)

3. Agregar 3 gotas de morado de metilo (indicador).

4. Para una estimación cuantitativa valorar la solución con solución de Acido sulfúrico 0.02N hasta que la coloración cambie a morado. el volumen gastado es (M)

RESULTADOS:

MUESTRA DE AGUA CON

FENOLFTALEÍNA

CON MORADO DE

METILO

TITULAR CON H2SO4 0.02N

MAR

no cambia de

color



RÍO

no cambia de

color

POTABLE

no cambia de

color:

POZO

no cambia de

color

LOS CALCULOS SE VAN A REALIZA CON LAS SIQUIENTESECUACIONES:

Para carbonatos:

ppm CO3−2=

2 P∗N H 2 SO4∗30 x103

Vol . muestra

Para bicarbonatos:

Para alcalinidad:


muestraVol

xNPMppm HCO SOH

.

1061**)2(

3

342



)2()( MPOHDALCALINIDA

MUESTRA

(GastoH2SO4

0.02N)mlP

(GastoH2SO4

0.02N)mlM

ppm CO3=

ppm HCO3-

Agua de mar 0 0.9 0 219.6

Agua de rio 013.3

0 162.26

Agua potable0 6.4 0 78.08

Agua de pozo0 15.9 0 193.98


Conclusiones

Se observa que hay un mayor gasto de acido sulfúrico con la muestra de agua de pozo

el cual fue de 15.9ml, esto puede ser por que dicho pozo sus aguas son filtraciones de

algún rio cercano.

Al adicionar el morado de metilo las muestras toman una coloración de verde

esmeralda, esto se debe a que la alcalinidad de dichas aguas depende del los

bicarbonatos alcalinos acústicos, el cual da como referencia que dichas aguas tienen

alcalinidad parcial.

Bibliografía

Jairo Alberto Romero Rojas. “Calidad del agua”.Segunda edición

www.mailxmail.com/curso/vida/analisisdelagua/capitulo2.htm - 13k

Rodier, J. “Análisis de las Aguas: naturales,residuales y de mar”Ed. Omega, Edición 1a.

ed. 1978


determinacion de alca

Documents