INFORME DE LABORATORIO #2: ANALISIS VOLUMETRICOS

María Cristina Herrera Padilla

Jania Paola Uribe Caro

Rubén Darío Fernández Rhenals

Jocsan García Amaris

CARLOS ALBERTO SEVERICHE SIERRA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE BOLIVAR

09/04/2014

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Resumen

Con esta práctica de laboratorio sobre del análisis volumétrico de muestras se buscó afianzar los conocimientos en medición y en determinación de parámetros que se encuentran en muestras de agua; los análisis realizados en las muestras fueron de tipo cuantitativo.

 

Introducción y objetivos

En esta práctica de laboratorio nos permitirá entender y comparar parámetros volumétricos del agua que nos lleven a establecer las condiciones óptimas de la calidad de agua.

Para estudiar calidad del agua es necesario saber conceptos como Acidez, Durezas, Alcalinidad y Cloruros. Conocer estos conceptos y tener en cuenta la temperatura y algunos factores externos nos llevara tener más precisión y exactitud en los datos obtenidos. Además, es importante clasificar los tipos de agua y conocer el tipo de medición que se realizara.

Marco teórico

Alcalinidad: La alcalinidad de un agua es su capacidad para neutralizar ácidos y es la suma de todas las bases titulables. Por lo general se debe fundamentalmente a su contenido de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos aunque otras sales o bases también contribuyen a la alcalinidad. Su valor puede variar significativamente con el pH del punto final. La muestra se valora con una solución de ácido mineral fuerte hasta pH 8.3 y 4-5. Estos puntos finales determinados visualmente mediante indicadores adecuados, son los puntos de equivalencia seleccionados para la determinación de los tres componentes fundamentales. Con el indicador de fenolftaleína, el pH 8.3 está próximo al punto de equivalencia para las concentraciones de carbonato y dióxido de carbono y representa la valoración de todo el hidróxido y la mitad del carbonato, mientras que el pH inferior (4-5) está próximo al punto de equivalencia para el ión hidrógeno y el bicarbonato y permite determinar la alcalinidad total.

Acidez: La acidez de un agua es su capacidad cuantitativa para reaccionar con una base fuerte hasta un pH designado. Por tanto, su valor puede variar significativamente con el pH final utilizado en la valoración. Se puede deber a la presencia entre otros, de dióxido de carbono no combinado, de ácidos minerales o de sales de ácidos fuertes y bases débiles. En muchas aguas naturales, que se usan para propósitos potables, existe un equilibrio entre carbonato, bicarbonato y dióxido de carbono. Los contaminantes ácidos que entran a los abastecimientos de aguas en cantidad suficiente,

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pueden alterar el equilibrio carbonato - bicarbonato - dióxido de carbono y se pueden estimar por titulación con un álcali valorado a los virajes de pH de 3.7 y 8.3. Los iones hidrogeniones presentes en una muestra de agua como resultado de la disociación o hidrólisis de los solutos reaccionan a la adición de un álcali estándar. Idealmente, el punto final es el punto de equivalencia estequiometria para la neutralización de todos los ácidos presentes. En la titulación de una especie ácida el punto final más exacto se obtiene a partir del punto de inflexión de una curva de titulación aunque para las titulaciones rutinarias de acidez, se puede utilizar como punto final el cambio de color de un indicador.

Durezas: En la práctica se define la dureza total del agua como la suma de las concentraciones de iones calcio y magnesio expresado como carbonato de calcio en mg/L. El método titulométrico se basa en la capacidad que tiene la sal sódica del ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) para formar complejos de quelato solubles al añadirse a soluciones de algunos cationes metálicos. Al determinar la Dureza Total, el pH de la solución debe estar alrededor de 10, para lo cual se adiciona la solución tampón de dureza y como indicador el Negro de Eriocromo T, que causa una coloración rojo vino. La adición de EDTA como titulante acompleja los iones calcio y magnesio y en el punto final de la titulación, la solución vira a color azul. Para asegurar un satisfactorio punto final, tiene que existir Mg, el cual se introduce en el tampón. Aunque la agudeza del punto final se incrementa con el pH, éste no puede incrementarse indefinidamente pues precipitaría carbonato de calcio o hidróxido de magnesio. Para la Dureza de Calcio se utiliza como alcalinizante el hidróxido de sodio para llevar el pH a un alto nivel con el fin de precipitar el magnesio y poder determinar el calcio, utilizando Murexida como indicador, que forma con el EDTA un punto final de color violeta definido. La Dureza de Magnesio se determina por diferencia entre la Dureza Total y la de Calcio. El Calcio y el Magnesio se determinan por cálculos provenientes de las Durezas de Calcio y Magnesio, respectivamente.

Cloruros: El ion cloruro es uno de los principales aniones de las aguas, incluidas las aguas negras. En concentraciones altas, el cloruro puede impartir al agua un sabor salino. Existen varios métodos para su determinación y de ellos, el argentométrico es aconsejado para aguas relativamente claras con concentraciones de Cl- de 5 mg/L o mayores y donde 0.15 a 10 mg del anión estén presentes en la porción valorada. En una solución neutra o ligeramente alcalina, el cromato de potasio puede indicar el punto final de la valoración de cloruros con nitrato de plata. Se produce la precipitación cuantitativa de cloruro de plata y posteriormente, la de cromato de plata de color rojo ladrillo.

Procedimiento experimental

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Se realizaron estudios volumétricos a muestras agua, cada uno con su respectivo procedimiento. Que a continuación se detallan:

Alcalinidad: El procedimiento a realizar para la determinación de alcalinidad en muestras es el siguiente :

1. Ajustar la temperatura de la muestra a la temperatura ambiente.

2. Pipetear 50 mL de muestra en un Erlenmeyer manteniendo la punta de la pipeta cerca del fondo del matraz.

3. Para muestras de agua tratada que contengan cloro residual, añadir una gota de solución de tiosulfato de sodio 0.1M. - También Se puede determinar la alcalinidad total o la

alcalinidad a la fenolftaleína: Para alcalinidad total:

añadir 3 gotas de indicador mixto y titular con ácido sulfúrico 0.02 N hasta color rosa claro. Anotar los mL de solución titulante consumidos. Para alcalinidad a la fenolftaleína:

adicionar 2 a 3 gotas de indicador fenolftaleína y titular con ácido sulfúrico 0.02 N hasta desaparición de color. Anotar los mL de solución titulante consumidos. Si el pH de la muestra no es suficiente para colorearla de rosado al añadir el indicador, reportar como cero la alcalinidad a la fenolftaleína.

Proseguimos a realizar los cálculos de una muestra estudiada con la siguiente formula:

Dónde:A = mL de ácido sulfúrico gastados en la titulaciónN = normalidad del ácido sulfúricoCon los resultados de las determinaciones de la alcalinidad total y de la alcalinidada la fenolftaleína, se puede obtener la clasificación estequiométrica de las tresFormas principales de alcalinidad que se encuentran en muchas aguas:

1. Hay alcalinidad de Carbonatos (CO3cuando la alcalinidad a la fenolftaleína no es nula pero es menor que la total.

2. Hay alcalinidad de Hidróxidos (OH-) cuando la alcalinidad a la fenolftaleína es mayor de la mitad de la total.

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3. Hay alcalinidad de Bicarbonatos (HCO3) cuando la alcalinidad a la fenolftaleína es menor de la mitad de la total.

En base a esto debemos tener la siguiente tabla para poder aplicar el caso en que se esté dando nuestra muestra:

Dónde:

F= Alcalinidad a la fenolftaleína T= Alcalinidad Total

Los resultados se emitirán redondeados a la unidad y especificando el indicador empleado:

“La alcalinidad a pH____ = _____ mg CaCO3/L”.Los resultados < 20 mg CaCO3/L sólo deben considerase como indicativos eInformarse como tal. Si se requiere conocer el valor, debe emplearse el métodopotenciométrico para baja alcalinidad.

Acidez: El procedimiento a realizar para la determinación de Acidez en muestras es el siguiente :

1. Ajustar la temperatura de la muestra a la temperatura ambiente.2. Pipetear 100 mL de muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 mL manteniendo

la punta de la pipeta cerca del fondo del matraz.3. Para muestras de agua tratada que contengan cloro residual, añadir una gota

desolución de tiosulfato de sodio 0.1M.4. Añadir 3-5 gotas de indicador de fenolftaleína.5. Titular con solución NaOH 0.02N sobre una superficie blanca hasta conseguir

un cambio de color rosado persistente característico del punto equivalente.6. Anotar los mL de solución titulante consumidos.

Nota: Esto es válido para determinar la acidez a pH 8.3. Si se quiere hacer a pH 3.7, se procede de igual forma sustituyendo el indicador por azul de bromofenol.

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Proseguimos a realizar los cálculos de una muestra estudiada con la siguiente formula:

Dónde:

A = mL de hidróxido de sodio gastados en la titulaciónN = normalidad del hidróxido de sodioLos resultados se emitirán redondeados a la unidad y especificando el indicadorEmpleado:

“La acidez a pH____ = _____ mg CaCo3/L”.

Durezas:

El procedimiento a realizar para la determinación de Dureza total en muestras es el siguiente :

1. Dejar que la muestra alcance la temperatura ambiente.2. Pipetear 50 mL de muestra a un Erlenmeyer.3. Añadir 1 mL de solución tampón y una cucharilla de Indicador Negro de

Eriocromo T (la solución tomará color rojo vino).4. Titular con solución EDTA hasta viraje a color azul suave.

El procedimiento a realizar para la determinación de Dureza de calcio en muestras es el siguiente :

1. Dejar que la muestra alcance la temperatura ambiente.2. Pipetear 50 mL de muestra a un Erlenmeyer.3. Añadir 1 mL de solución NaOH 1N y verificar que el pH sea 12-13. De ser

necesario, añadir otro mL de NaOH; añadir una cucharilla de Indicador de Murexida (la solución tomará color rosado).

4. Titular inmediatamente con solución EDTA (ya que el indicador es inestable en medio básico) hasta color violeta definido; anotar el volumen de EDTA consumido y añadir 1-2 gotas en exceso para verificar que no ocurre cambio de color adicional.

Proseguimos a realizar los cálculos de la muestra estudiada con las siguientes formulas:

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Para la dureza total:

Para la dureza de calcio:

Para ambas:

A = mL de EDTA gastados en la titulaciónM = molaridad del EDTA

Para 50 mL de muestra, volumen habitualmente utilizado, se simplifica a:Dureza (total o de Ca) como mg CaCO3/L = A x M x 2000

En caso de utilizar diluciones:Dureza (total o de Ca) como mg CaCO3/L = A x M x 2000 x FdSiendo Fd: factor de dilución

La dureza del magnesio la podemos hallar mediante la siguiente relación:

La dureza del calcio también la podemos hallar por la siguiente formula:

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La dureza del magnesio también la podemos hallar por la siguiente formula:

Todos los resultados se expresan en mg/L y redondeados a la unidad. Para las durezas se expresan en mg CaCO3/L.

Cuando el resultado sea < 5 mg/L, consultar el límite de detección vigente o calcularlo en el momento del ensayo.

Cloruros: El procedimiento a realizar para la determinación de Cloruros en muestras es el siguiente :

1. Con el fin de conocer aproximadamente el rango de concentración de los cloruros, medir previamente la conductividad. En función de ésta, de ser necesario, realizar al menos una dilución y aceptar los resultados si el coeficiente de variación no supera el 5%.

2. En un Erlenmeyer, pipetear 50 mL de muestra o una alícuota adecuada y diluida a 50 mL.

3. Determinar el pH de la muestra y si éste no se encuentra en el intervalo 7-10,ajustar al mismo por adición de gotas de NaOH 0.02 N o H2SO4 0.02 N.

4. Añadir 1 mL de solución indicadora de K2CrO4, la cual dará a la muestra un color amarillo brillante.

5. Valorar con la solución titulante de nitrato de plata 0.01 N, manteniendo la muestra en agitación permanente hasta que el color vire a amarillo rojizo. Anotar los mL de solución titulante consumidos. Continuar la valoración hasta color rojo ladrillo para confirmar el punto final.

6. Hacer un blanco de reactivos en las mismas condiciones, tomando como muestra agua desionizada; usualmente éste gastará entre 0.2 y 0.4 mL.

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Inicia como amarillo rojizo

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Finaliza con un rojo ladrillo:

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Proseguimos a realizar los cálculos de la muestra estudiada con la siguiente formulas:

Dónde:

A = mL de nitrato de plata gastados en la muestra

B = mL de nitrato de plata gastados en el blanco

N = normalidad del nitrato de plata

El resultado se emitirá con una cifra decimal. Cuando en una muestra, el volumen de valorante gastado no duplique el del blanco, consulte el límite de detección vigente o calcúlelo mediante análisis por triplicado del blanco.

Datos obtenidos

ALCALINIDAD

ml gastados H2SO4(0,02N) FACTOR 20 CANTIDAD

DE MUESTRA

JANIA 0.1 2,0 mg/l CaCO3

50 ml

0.12 2,4 mg/l CaCO3

0.1 2,0 mg/l CaCO3

JOCSAN 0,2 4,0 mg/l CaCO3

0,2 4,0 mg/l CaCO3

0,3 6,0 mg/l CaCO3

CRISTINA 0,3 6,0 mg/l CaCO3

0,2 4,0 mg/l CaCO3

0,2 4,0 mg/l CaCO3

ANEXO:

Se halló la alcalinidad total: añadimos 3 gotas de indicador mixto y titulamos con ácido sulfúrico 0.02 N hasta color rosa claro lo que indica que nuestra muestra tenía PH DE 4.6.

El día de esta práctica solo fue Jania Uribe, y cristina y Jocsan se quedaron en el próximo laboratorio y adjuntaron sus datos (su muestra era distinta a la de Jania. A Rubén lo pusieron en otro grupo.

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ACIDEZ

Muestra de agua

En ml

ml gastados de NaOH (0.02 N)

FACTOR 20

Jania 50 0.7 14mg/l CaCO3

50 0.7 14 mg/l CaCO3

50 0.6 12 mg/l CaCO3

Rubén 50 0.7 14mg/l CaCO3

50 0.8 16mg/l CaCO3

50 0.7 14 mg/l CaCO3

Cristina

50 0.6 12 mg/l CaCO3

50 0.8 16mg/l CaCO3

50 0.6 12 mg/l CaCO3

RUBEN 0,2 4,0 mg/l CaCO350 ml0,2 4,0 mg/l CaCO3

0,3 6,0 mg/l CaCO3

Jocsan

50 0,8 16mg/l CaCO3

50 0,7 14mg/l CaCO3

50 0,7 14mg/l CaCO3

CLORUROS

Se agregaron 4 gotas de solución de tiosulfato de sodio 0.1M para eliminar el posible cloro que contiene nuestra muestra

Añadimos 4 gotas de indicador de fenolftaleína

Titulamos con solución NaOH 0.02N sobre una superficie blanca hasta conseguir un cambio de color rosado persistente característico del punto equivalente.

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Muestra en ml Ml gastados de K2CrO4

Factor 7.09

Jania50 4 26.2

50 4.1 26.9

50 3.8 24.8

50 4 26.2

Jocsan50 4.4 3.23

50 3.8 24.8

50 4 26.2

Rubén50 4.1 26.9

50 4.0 26.2

Cristina no hizo con esta muestra de agua porque estaba haciendo las titulaciones de otra muestra Hicimos 4 diluciones De 1 a 20, de 1 a 100, de 1 a

10, de 1 a 150. Y la muestra se ponía lechosa

DUREZA CALCICA (mg CaCO3/L)

TOMA 1 TOMA 2 TOMA 3 MOLARIDAD EDTA MUESTRA(ml)

DUREZA TOTAL 64 60 66

0,01 M 50CANTIDAD DE

EDTA(ml)3,2 3,0 3,3

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DUREZA TOTAL (mg CaCO3/L)

TOMA 1 TOMA 2 TOMA 3 MOLARIDAD EDTA MUESTRA(ml)

DUREZA CALCICA 264 240 256

0,01 M 50CANTIDAD DE

EDTA(ml)13,2 12,0 12,8

Análisis y discusión de resultados

ALCALINIDAD:

En la 1° practica de laboratorio quisimos determinar la alcalinidad en varias muestras de agua , la alcalinidad se define como la capacidad cuantitativa de un ácido para reaccionar con una base. Los valores obtenidos para la alcalinidad estuvieron entre 2 y 6 mg/L y la tabla de alcalinidad nos indica que el valor de la alcalinidad de nuestra muestra es baja es decir hay deficiencia de OH, HCO3 Y CO3 en la muestra analizada.

RANGOS DE ALCALINIDADRangos Alcalinidad mg/L de

CaCO3Bajo < 75Medio 75-150Alto >150

Las muestras tenían un pH establecido de 4,6 lo cual confirma que la muestra tiene baja alcalinidad.

ACIDEZ

En la práctica de laboratorio #2 nuestro objetivo fue determinar la acidez de varias muestras de agua, ese día cada integrante del grupo tomo tres datos y se siguió el procedimiento mostrado en la guía. Para muestras de 50 ml de agua y usando como agente titulante NaOH(0,02N) obtuvimos valores de acidez entre 12 y 16

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mg/L de CaCO3, como la cantidad de CaCO3 esta directamente relacionada con la alcalinidad en el agua, tal y como lo muestra la siguiente tabla.

RANGOS DE ALCALINIDADRangos Alcalinidad mg/L de

CaCO3Bajo < 75Medio 75-150Alto >150

Como la cantidad de CaCO3 es mucho menor de 75 m/l podemos decir que esta muestra de agua presenta niveles altos de acidez , esta pudo ser causada casi en su totalidad por los altos ni veles de CO2 que al combinarse con el agua formo H2CO3 (acidez carbonácea) o por algún acido mineral como HCl,HBr,HI,HClO4,HNO3,H2SO4c(acidez mineral), acidez mineral +acidez carbonácea=acidez total.

DUREZA

El agua dura es la que requiere mucho jabón para ejercer su acción limpiadora, formando incrustaciones cuando se eleva la temperatura. El agua blanda necesita más agua para retirar el jabón, disuelve el CO2 y corroe. Pero en la práctica se define la dureza total del agua como la suma de las concentraciones de iones calcio y magnesio expresado como carbonato de calcio en mg/L.

Clasificación0 - 75 mg de CaCO3/ L Blandas75 - 150 mg de CaCO3/ L Moderadamente duras150 - 300 mg de CaCO3/ L Duras> 300 mg de CaCO3/ L Muy duras

Para la dureza total (dureza de calcio + dureza de magnesio) obtuvimos un promedio de 253 mg/L de CaCO3 , comparando este resultado con los valores expuestos en la tabla podemos decir que el agua de la muestra es dura osea que requiere mucho jabón para ejercer su acción limpiadora, formando incrustaciones cuando se eleva la temperatura.

Tambien podemos decir que hay gran cantidad de iones metálicos divalentes Ca++ , Mg++, Sr++, Fe++, Mn++.

Para la dureza de calcio obtuvimos un valor promedio de 63 mg/L de CaCO3, como:Dureza de calcio/2,5=mg/L Ca

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63 mg/L de CaCO3/2,5=25,2 mg/L Ca Como la dureza total=dureza de calcio+ dureza de magnesio, despejamos la

formula y obtenemos :dureza total - dureza de calcio = dureza de magnesio253 mg/L CaCO3-63 mg/L CaCO3=190 mg/L CaCO3

dureza de magnesio/4,12=mg/L Mg

190 mg/L CaCO3 /4,12=46,17mg/L Mg Como podemos observar hay casi el doble de iones de magnesio que de

calcio.

CLORUROS

El ion cloruro es uno de los principales aniones de las aguas, incluidas las aguas negras. En concentraciones altas, el cloruro puede impartir al agua un sabor salino. El contenido en cloruros no suele plantear problemas de potabilidad a las aguas de consumo.

Un contenido elevado de cloruros puede dañar las conducciones y estructuras metálicas y perjudicar el crecimiento vegetal.

nuestro valor promedio en mg/L de Cl- fue de 26,7, este valor se encuentra entre 1,5 y 100 mg/L podemos decir que elegimos la forma de medición ya que el método argentométrico solo es aplicable para aguas potables, superficiales o con baja turbidez. Conforme aumenta el color y la turbidez ya no podremos usar el método argentométrico si no el de nitrato de mercurio o el método potenciómetrico.

CONCLUSIONES

Para realizar un análisis volumétrico completo del agua deben conocerse :

Analito: Agente valorante Indicador

Deben buscarse:

Punto de equivalencia Punto final

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De acuerdo al parámetro que se quiera medir ya sea alcalinidad, acidez, dureza o cloruros , habrán unas condiciones de temperatura ,disposición y procesamiento de la muestra, de acuerdo al procedimiento se utilizaran los implementos necesarios y se tomaran las medidas de seguridad necesarias.

BIBLIOGRAFIA

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- APHA-AWWA-WEF (2005) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21th Edition. New York, 2-37 a 2-39, método 2340 C; 3-65 y 3-66, método 3500-Ca B; 3-83 y 3-84 método 3500-Mg B.

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- APHA-AWWA-WEF (2005) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21th Edition. New York, 4-70 y 4-71, método 4500-Cl- B.

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