determinación de sulfatos en agua de río. tarea 1 (7 hojas)
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Universidad Veracruzana “Campus Coatzacoalcos”
Facultad de Ciencias Químicas
Experiencia Educativa:
Química Analítica y Métodos Instrumentales
Docente: María de Lourdes Nieto Peña.
Proyecto:
“Analisis de sulfatos en agua de río por método turbidimétrico”
Equipo N° 1
Integrantes:
Flavio Cesar Franyutti Villegas
Victor Manuel Martínez Jiménez
Ared Ros Reyes Martínez
Guillermo Ricardo Domínguez Herrera
Carrera: Ingeniería Química.
Grupo y sección: IQ-302.
Coatzacoalcos, Ver., a 24 de Noviembre de 2014
ÍNDICE
Introducción ............................................................................................................. 3 Marco teórico ........................................................................................................... 4 Diagrama de bloques .............................................................................................. 5 Reactivos y cantidades a preparar ......................................................................... 6 Estándares para la curva de calibración ................................................................. 6 Desarrollo de la determinación y resultados............................................................ 7 Determinación de sulfatos ....................................................................................... 7 Determinación de cloruros ...................................................................................... 8 Determinación de durezas ...................................................................................... 8 Alternativas para la eliminación de sulfatos en agua ............................................... 8 Ósmosis inversa (RO) ............................................................................................. 8 Intercambio iónico ................................................................................................... 9 Destilación ............................................................................................................... 9 Conclusión............................................................................................................. 10 Bibliografías ........................................................................................................... 10
INTRODUCCIÓN
El sulfato (SO4) se encuentra en casi todas las aguas naturales. La mayor parte de
los compuestos sulfatados se originan a partir de la oxidación de las menas de
sulfato, la presencia de esquistos, y la existencia de residuos industriales. El sulfato
es uno de los principales constituyentes disueltos de la lluvia.
Una alta concentración de sulfato en agua potable tiene un efecto laxativo cuando
se combina con calcio y magnesio, los dos componentes más comunes de la dureza
del agua. Las bacterias, que atacan y reducen los sulfatos, hacen que se forme
sulfuro de hidrógeno gas (H2S).
El nivel máximo de sulfato sugerido por la organización Mundial de la Salud (OMS)
en las Directrices para la Calidad del Agua Potable, establecidas en Génova, 1993,
es de 500 mg/l. Las directrices de la Unión Europea son más recientes, 1998,
completas y estrictas que las de la OMS, sugiriendo un máximo de 250 mg/l de
sulfato en el agua destinada al consumo humano. En México la cantidad máxima
permisible del ion sulfato es 400mg/L.
El ion sulfato llega a las aguas subterráneas al moverse el agua a través de
formaciones rocosas y suelos que contienen minerales sulfatados, una parte del
sulfato se disuelve en las aguas subterráneas. Algunos minerales que contienen
sulfato incluyen el sulfato de magnesio, sulfato de sodio, y el sulfato de calcio (yeso).
Las personas que no están acostumbradas a beber agua con niveles elevados de
sulfato pueden experimentar diarrea y deshidratación. Los niños son a menudo más
sensibles al sulfato que los adultos. Como precaución, aguas con un nivel de
sulfatos superior a 400 mg/l no deben ser usadas en la preparación de alimentos
para niños. Niños mayores y adultos se acostumbran a los niveles altos de sulfato
después de unos días.
Los animales también son sensibles a altos niveles de sulfato. Como ocurre en los
humanos, los animales tienden a acostumbrarse al sulfato con el tiempo. Diluir agua
de alta concentración de sulfatos con agua de baja concentración de sulfatos puede
ayudar a evitar problemas de diarrea y deshidratación en animales no
acostumbrados a beber agua con muchos sulfatos. La proporción de agua de
elevada concentración de sulfatos/agua de baja concentración de sulfatos puede
incrementarse gradualmente hasta que los animales puedan tolerar el agua de
elevada concentración de sulfato.
Para conocer la concentración del ion sulfato en aguas, hemos determinado un caso
de estudio, considerando el agua del río Coatzacoalcos como nuestra muestra a
analizar. El análisis de nuestra muestra, se basará en las normas oficiales
mexicanas vigentes, principalmente la NMX-AA-074-1981.
Para llevar a la práctica este muestreo, se realizará mediante el método
turbidimétrico el cual aprovecha que el ion sulfato precipita con cloruro de bario, en
un medio ácido (HCl), formando cristales de sulfato de bario de tamaño uniforme.
La absorción espectral de la suspensión del sulfato de bario se medirá con un
nefelómetro o fotómetro de trasmisión. La concentración de ion sulfato se
determinará por comparación de la lectura con una curva patrón.
MARCO TEÓRICO
El río Coatzacoalcos es un río México de la vertiente del golfo de México, que nace
en la sierra de “Atravesada”, en el estado de Oaxaca en la región del istmo de
Tehuantepec. Es un río abundante que alimenta principalmente el sur del estado de
Veracruz. Es el tercero en importancia del país por su caudal y tiene el título del río
más contaminado de México; a su paso, se asienta la zona más industrializada de
Veracruz; Coatzacoalcos-Minatitlán.
Petróleos Mexicanos (PEMEX) no es la única causa de contaminación del río
Coatzacoalcos, ya que en ese proceso de degradación ambiental también tienen un
alto grado de participación las aguas negras que son vertidas al cuerpo de agua sin
tratamiento, los residuos del tráfico acuático, e incluso los sedimentos que son
arrastrados por la lluvia a consecuencia de la deforestación. Sin embargo desde
1997 PEMEX implementó una planta de tratamiento de sus aguas residuales y
desde entonces se desecha agua menos contaminada al cuerpo de agua.
El análisis del agua nos permitirá conocer la concentración del ion sulfato en dichas
aguas, y saber si es la adecuada de acuerdo a la cantidad máxima permisible
establecida por las leyes mexicanas, para el consumo y calidad del agua.
También se llevaran a cabo otro tipo de muestreos, como por ejemplo la dureza de
aguas o determinación de cloruros que son igualmente importantes estudios que
nos permitirán saber la calidad del agua.
La dureza del agua se refiere al agua que contiene iones Ca+2 y Mg+2. Dicha dureza
se mide en mg/L de CaCO3 mediante titulación con EDTA. El rango permitido para
la dureza total es de 400-500 mg/L CaCO3, sin embargo el valor máximo
recomendable es de 50 mg/L de CaCO3. Si el agua excede este valor se va a
requerir de más cantidades de jabón para limpiar efectivamente formando residuos
insolubles. Además, el agua dura provoca la obstrucción de las tuberías, genera
manchas blancas en los platos, tiene un efecto laxante y además está relacionado
con enfermedades cardiovasculares, entre otros.
Los cloruros en agua son generalmente de sodio, de magnesio, de calcio y de
potasio, siendo más abundantes en aguas profundas. El cloruro de sodio es una sal
beneficiosa, le da al agua el sabor salado. Se les define como "aguas
engordadoras", cuando se encuentran hasta niveles de aproximadamente 2.000
mg/l siempre y cuando los sulfatos no estén en exceso. Los cloruros de calcio y de
magnesio dan un gusto amargo y pueden ocasionar diarrea.
DIAGRAMA DE BLOQUES
Preparación de la curva de calibración.
Estimar la concentración del ion sulfato en la muestra, comparando lalectura de turbiedad con una curva de calibración preparada con el usode los patrones de sulfató, durante todo el procedimiento. Espaciar lospatrones a incrementos de 5 mg/L en los límites de 0 a 40 mg/L desulfató. Verificar la confiabilidad de la curva de calibración, corriendo unpatrón con cada tres o cuatro muestras desconocidas
Formación de turbiedad de sulfato de bario
Transferir a un matraz Erlenmeyer de 250 ml una muestra de 100 ml, ouna porción conveniente aforada con agua a 100 ml. Añadirexactamente 5.00 ml del reactivo acondicionador y mezclar en elaparato agitador. Mientras la solución se está agitando, añadir elcontenido de una cucharilla llena de cristales de cloruro de bario yempezar a medir el tiempo inmediatamente. Agitar durante un minutoexacto a una velocidad constante.
Medición de la turbiedad del BaSO4
y corrección del color por turbiedad de la muestra
Inmediatamente después de terminar el período de agitación, verteralgo de la solución a la celda de absorción del fotómetro y medir laturbiedad a intervalos de 30 segundos durante 4 minutos. Debido a quela turbiedad máxima se presenta generalmente dentro de los 2 minutosy que de ahí en adelante las lecturas permanecen constantes durante 3a 10 minutos, se considera que la turbiedad, es la máxima lecturaobtenida durante el intervalo de 4 minutos. Corregir por color yturbiedad presentes en la muestra original, corriendo blancos sin clorurode bario, en caso de ser necesario.
REACTIVOS Y CANTIDADES A PREPARAR
ESTÁNDARES PARA LA CURVA DE CALIBRACIÓN
Reactivo Cantidad
(Técnica)
Volumen total
(Técnica)
Volumen a utilizar Cantidad a
preparar
Solución de
sulfato
540 ml -720 ml 1000 ml 180 ml 250 ml
Na2SO4 147.9 mg 1000 ml 36.975 mg 250 ml
Reactivo
acondicionador
135 - 180 ml 480 ml 45 ml 100 ml
Glicerol 50 ml - - 10.42 ml
HCl concentrado 30 ml - - 6.25 ml
H2O 300 ml - - 62.5 ml
Alcohol etílico o
isopropilico al
95%
100 ml - - 20.83 ml
NaCl 75 g - - 15.625 g
BaCl2 0.772 g a 1.158 g 20.84 g/27.782g –
31.266 g/ 41.668g
6.948 g a 10.42 g -
Estandares/conc Solución de sulfato Reactivo
acondicionador
BaCl2
0.0 mg/L 0 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
5.0 mg/L 5 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
10.0 mg/L 10 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
15.0 mg/L 15 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
20.0 mg/L 20 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
25.0 mg/L 25 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
30.0 mg/L 30 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
35.0 mg/L 35 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
40.0 mg/L 40 ml 5 ml 0.772 g a 1.158 g
Muestra problema - 5 ml 0.772 g a 1.158 g
Total 180 ml 50 ml 7.720 g a 11.58 g
DESARROLLO DE LA DETERMINACIÓN Y RESULTADOS
Determinación de sulfatos
Se realizó de acuerdo a los cálculos previamente realizados, la curva de calibración
del ion sulfato a diferentes estándares de concentración. En la siguiente gráfica
puede apreciarse como la norma está perfectamente diseñada, pues los estándares
siguen aproximadamente una línea recta al tabularse absorbancia contra
concentración. La tabla de la derecha sintetiza, las diferentes mediciones de las
absorbancias que se obtuvieron según la concentración de las muestras.
Según la curva de calibración, la muestra problema tiene una concentración de 2.75
ml del ion sulfato. (El resultado de la concentración se obtuvo por medio la fórmula
de absorbancia e interpolando). Haciendo la conversión necesaria (1 ml de
solución= 100 microgramos por ml de SO4) se tiene que la concentración es de 275
microgramos por litro que es igual a 275 mg/L. Si se aplica de igual modo la fórmula
que indica la norma encontramos el mismo valor:
mg
L=
mgSO4 𝑥 1000
ml de muestra=
2.75 𝑥 1000
100= 275 mg/L
El valor máximo permisible del ion sulfato en aguas según las leyes mexicanas y la
norma oficial vigente es de 400 mg/L por lo que el agua de río no sobrepasa la
cantidad permitida. Aunque a este nivel de concentración ya puede considerarse,
ligeramente alto. La principal causa de este problema, suponemos se debe a que el
río se encuentra en una zona altamente industrial y la mayoría de los desechos
voluntaria o involuntariamente van a dar allí, ocasionando su contaminación.
No solo se realizó el análisis de sulfatos al agua, para complementar este reporte
también se hizo una determinación de cloruros, dureza total y dureza de calcio. A
continuación se enuncian los resultados obtenidos.
Determinación de cloruros
En un análisis previo se determinó que la cantidad en el río Coatzacoalcos, es de
28 ppm. Es decir hay menos cloruros de la cantidad máxima permible que es 250
ppm.
Determinación de durezas
En un análisis previo se determinó que la dureza total de agua expresada como ppm
fue de 157.97, la dureza de calcio también expresada en ppm fue de 99, por lo que
la cantidad de Mg encontrado en el análisis fue de 56.7 ppm. La dureza total
permitida es 500 ppm.
Alternativas para la eliminación de sulfatos en agua
Existen tres tipos de sistemas de tratamiento que pueden eliminar el sulfato del agua
potable: ósmosis inversa, destilación, o intercambio iónico. Los ablandadores del
agua, los filtros de carbón, y los filtros de sedimentación no eliminan el sulfato. Los
ablandadores del agua simplemente cambian el sulfato de calcio o de magnesio por
el sulfato de sodio, que es algo más laxante.
Ósmosis inversa (RO)
Es un sistema de tratamiento de agua que elimina la mayor parte de las sustancias
disueltas en el agua, tales como el sulfato, forzándola a través de una hoja de
ppmCl =(V AgNO3)(N AgNO3)(meqCl)𝑥 aforo 𝑥 106
Alicuota 1 𝑥 Alicuota 2
ppmCl =(4 ml)( 0.01N)(0.035) x 106
(50 ml)= 28 ppm
Dureza total: ppmCaCO3 =(1.73ml)(0.009M)(0.1)𝑥106
10 ml= 155.7ppm de CaCO3
ppmCaCO3 =(ml EDTA)(M EDTA)(mmolCaCO3)𝑥106
alicuota
Dureza de calcio: ppmCaCO3 =(1.1ml)(0.009M)(0.1)𝑥106
10 ml= 99ppm de CaCO3
Dureza de Mg: Dureza total − Dureza de calcio = 157.7 ppm − 99 ppm = 56.7 ppm de Mg
plástico parecida al celofán conocida como "membrana semipermeable. " Esto
puede quitar típicamente entre el 93 y el 99 por ciento del sulfato en el agua potable
según el tipo de equipo de ósmosis. Un pequeño equipo de RO producirá
aproximadamente 12 litros de agua por día. Los equipos ligeramente más grandes,
que son por lo general instalados bajo el fregadero, producen de 19 a 75,6 litros de
agua por día. Típicamente los equipos de RO producen sólo 3,8 litros de agua por
cada 15 a 38 litros de agua tratada. El resto del agua es desechada.
Intercambio iónico
Es el método más usado para eliminar grandes cantidades de sulfato del agua para
suministros comerciales, ganaderos y públicos, pero normalmente no se usa el
tratamiento de agua en casas particulares. Es un proceso donde un elemento o
producto químico es sustituido por otro. Muchas personas están familiarizadas con
el ablandamiento de agua, un tipo común de sistema de intercambio iónico. El
ablandamiento de agua se realiza pasando agua dura –agua con calcio y magnesio-
a través de un tanque relleno con una resina especial saturada con iones de sodio.
Los minerales responsables de la dureza se pegan a la resina, y el sodio es disuelto
en el agua. Los sistemas de intercambio iónico para el retiro del sulfato trabajan de
manera similar, pero usan un tipo diferente de resina. Los iones sulfato en el agua
se intercambian con otros iones, por lo general cloruro, que está en la resina.
Cuando la resina está llena de sulfato en toda su capacidad, debe ser "regenerada"
con una solución salina. Los ablandadores del agua para la eliminación de la dureza
no eliminan el sulfato, y los sistemas de eliminación de sulfato no eliminan la dureza,
aunque algunos equipos comerciales contienen ambas resinas y pueden así
eliminar tanto la dureza como el sulfato. Si se usan tanto un ablandador del agua
como un sistema de eliminación de sulfato, el ablandador del agua se coloca por lo
general antes del sistema de eliminación de sulfato.
Destilación
Es un sistema de tratamiento de agua que consiste en hervir el agua, y luego enfriar
el vapor hasta que condensa en un contenedor separado. Las sustancias disueltas,
como el sulfato, permanecen en la olla de agua hirviendo. Con un funcionamiento
adecuado, los equipos de destilación pueden eliminar casi el 100% del sulfato. Los
equipos de destilación tardan aproximadamente cuatro horas en producir 3,8 litros
de agua, así que este tipo de tratamiento consume una cantidad considerable de
energía en su funcionamiento. Cualquier sistema de tratamiento de agua requiere
un manejo y mantenimiento adecuados para asegurar que continúe funcionando
correctamente. Es importante seguir las recomendaciones del fabricante para el
mantenimiento del sistema de tratamiento de agua.
CONCLUSIÓN
Por medio de la química analítica podemos realizar un análisis cuantitativo y
cualitativo con respecto a un objeto en estudio, de modo analítico y teórico aplicando
el equipo adecuado como lo fue en este proyecto donde se hizo un análisis a una
muestra de agua del rio Coatzacoalcos para lo cual se puso en práctica lo aprendido
durante el curso haciendo uso de normas con el fin de llegar a un buen resultado.
Es importante mencionar que este tipo de análisis es fundamental, para cualquier
otra aplicación y no solo de aguas, por lo que el conocimiento químico e instrumental
nos lleva a muchas aplicaciones en ingeniería, en la industria y en el hogar.
El análisis nos permitió conocer que las aguas presentan una gran cantidad de
impurezas, derivadas como consecuencia de la contaminación producida por el
hombre y las industrias. En este estudio se realizó la determinación de sulfatos, sin
embargo, existen técnicas y normas para la determinación de otras partículas en el
agua.
Es importante recalcar que para todo análisis se debe seguir pasos estructurados
haciendo uso del método científico que es la base de toda investigación, además
del trabajo en colaboración a un equipo. Lo que conlleva a un buen aprendizaje del
estudiante para que pueda aplicarlo dentro del ámbito laboral de la ingeniería
química.
Bibliografías Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. (24 de Noviembre de 2014). Obtenido de
https://www.imta.gob.mx/cotennser/images/docs/NOM/NMX-AA-074-1981.pdf
Kugler, N. (24 de Noviembre de 2014). La nación. Obtenido de
http://www.lanacion.com.ar/1480237-el-agua-un-factor-clave-para-mantener-bajo-
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https://www.uv.mx/universo/231/infgral/infgral14.htm
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http://www.lenntech.es/sulfatos.htm
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