República Bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Universidad Nacional Experimental Marítima del aribe !n"eniería #mbiental $aboratorio de %uímica #mbiental
Determ inación de la Alcalini dad Total del Agua
Elaborado por& +abriel #( $iscano M(
Pro'( Pablo )ern*ndez
atia la Mar, Marzo del -./0
!N1R23U!4N $a alcalinidad es una propiedad 5ue tienen las a"uas para amorti"uar los cambios bruscos de p), por e'ecto de *cidos 5ue se pon"an en su contacto( $os bicarbonatos son los compuestos 5ue m*s contribu6en a la alcalinidad, puesto 5ue se 'orman en cantidades considerables por la acción del 2- sobre la materia b*sica del suelo como podemos ver en la reacción& −¿ 2 + ¿ + 2 HCO3
¿
CO2 + CaCO3 + H 2 O→Ca
¿
2tras sales como boratos, silicatos 6 'os'atos tambi7n pueden contribuir( #dem*s de estas sales se puede considerar *cidos or"*nicos 5ue son resistentes a la oxidación bioló"ica como es el caso del *cido 8úmico 5ue 'orman sales 5ue se adicionan a la alcalinidad( $as a"ua naturales pueden ser alcalinas por cantidades apreciables de 8idróxido 6 carbonatos, esto sucede muc8o en a"ua super'iciales con al"as( Estas toman el2- 5ue est* en 'orma libre 6 lo combinan de tal 'orma 5ue el p) puede aumentar a 9 6 /. debido a la si"uiente reacción& −¿
2−¿ + H 2 O + CO 2 ↔ 2 HCO3
CO3
¿
¿
:Reacción 5ue aumenta el p) por la producción de bicarbonatos, llevada a cabo por el proceso de 'otosíntesis de las al"as;( #un5ue muc8os compuestos pueden contribuir a la alcalinidad del a"ua natural, la ma6or parte es causada por tres "randes "rupos 5ue se clasi'ican por sus altos valores de p), las otras especies son despreciables( Estos tres "rupos son& 2)< )idróxidos
2=-< arbonatos
)2=< Bicarbonatos
$a alcalinidad del a"ua se debe entonces principal mente a sales de *cidos d7biles 6 bases 'uertes 6, estas sustancias actúan como amorti"uadoras para resistir la caída de p) resultante a la adición de *cidos( Este concepto se utiliza muc8o en la pr*ctica del tratamiento de a"uas residuales( !nternacionalmente es aceptada una alcalinidad mínima de -. m" de a2=>$ para mantener la vida acu*tica( uando tiene alcalinidades in'eriores se vuelve mu6 sensible a la contaminación, 6a 5ue no posee la capacidad de oponerse a las modi'icaciones 5ue "eneran disminuciones de p) :#cidi'icación;( Se 8an propuesto clasi'icaciones de las a"uas se"ún su capacidad amorti"uadora :alcal :alcalini inidad; dad;,, lo 5ue permit permite e mane?a mane?arr descri descripto ptores res cate"ó cate"óric ricos os sencill sencillos os a ser utilizados en el an*lisis de calidad de a"ua( 1abla 1abla /( lasi'icación de los uerpos de #"ua se"ún su alcalinidad total& 3escripción Mínimo aceptable Pobremente amorti"uadoras Moderadamente amorti"uadora Mu6 amorti"uadora
#lcalinidad :a2= m">$; -. ˂-0 -0<@0 ˃@0
En resu resume men n podr podría íamo moss deci decirr 5ue 5ue las las conc concen entr trac acio ione ness de esta estass espe especi cies es :8idróxidos, carbonatos 6 bicarbonatos; producen en el a"ua un e'ecto tampón 6a 5ue absorben protones manteniendo el p) a un valor estable( Esto es mu6 importante en los seres vivos 6 en determinados medios como el 'lu?o san"uíneo( 1ambi7n es conveniente destacar 5ue las a"uas con alcalinidades elevadas no son necesariamente per?udiciales para el consumo 8umano, como por e?emplo las a"uas carbonatas conocida tambi7n como soda(
$a alcalinidad se expresa como alcalinidad de 'eno'taleína o alcalinidad total( #mbas 'ormas se determinan por titulación con *cido sul'úrico( Un cambio de color por un indicador da el punto 'inal( 1ambi7n se puede detectar con un metro de p)( $a titulación se 8ace en dos 'ases& alcalinidad de 'eno'taleína :titulamos la muestra 8asta un p) de A(=; 6 alcalinidad total :titulamos la muestra 8asta un p) de (0 utilizando anaran?ado demetilo, bromocresol verde o una mezcla de bromocresol verde 6 ro?o metilo como indicador;( Ci"u Ci"ura ra /( 1itu 1itula laci ción ón de a"ua a"ua para para deter determi mina narr alca alcalilini nida dad d de 'eno 'enol'l'ta tale leín ína a 6 alcalinidad total(
•
Se"ún aDadimos *cido, se produce un caída "radual en el p) 8asta lle"ar a A(0( # partir de ese punto se observa un caída r*pida en el p) con una in'lexión pobremente de'inida alrededor del punto de e5uivalencia de A(=( En este punto la ma6or parte del 2= -< se 8a convertido a )2= < 6 el
•
color de la 'enol'taleína cambia de rosado a incoloro( on la adición de m*s *cido se produce una disminución "radual del p), 8asta 5ue lle"amos a otro punto de in'lexión alrededor del p) (0( Este punto corresponde corresponde a la conversión conversión de la ma6or parte del )2= < a )-2= 6 2-( #5uí el color del indicador anaran?ado de metilo cambia de amarillo a rosa salmón(
1abla 1abla -( Relaciones de alcalinidad(
1omado de )#) #1ER #N#$!SFS B22G :-..0; $os datos de la tabla - est*n vasados en los si"uientes c*lculos& H
$a 'enol' ol'taleína pres prese enta un colo olor rosad sado sólo si 2) < 6>o 2=-< est*n
H H
presentes( El ro?o ro?o
H
primero a )2 =< ( $a alcali alcalinid nidad ad de 'enol' 'enol'tal taleín eína a mide todo todo el 8idróxi 8idróxido do present presente e 6 la mitad mitad :/>-; :/>-;
H
de la alcalinidad producida por carbonato :2 =-<;( $a alcal alcalin inid idad ad de ro?o ro?o
2BIE1!V2 H
3ete 3eterm rmina inarr la la alc alcal alin inid idad ad de un a"ua a"ua
M#1ER!#$ES, M#1ER!#$ES, RE#1!V2S F S2$U!2NES( H H H H H H H
Pipe Pipeta tass Vo Volum7 lum7tr tric icas as de de -.m -.m$ $ Pipet ipeta a +ra +radu duad ada a de de /. /.m$ BeaJ BeaJers ers de de di'er di'eren ente tess capac capacid idad ades es :/.m :/.m$, $, /..m /..m$; $; Bure Bureta ta "radu raduad ada a de 0.m$ 0.m$ Ciolas de /-0m$ Esp*tula ula met*li *lica Kcid Kcido o Sul' Sul'úr úric ico o onc oncen entr trad ado o :9A<9 :9A<9L L de purez pureza, a, 3ensid 3ensidad ad /(A"> /(A">m$ m$,, PM
H H H H H
9A(.A ">mol; Bicarb arbonato de de So Sodio dio Solu Soluci ción ón indi indicad cador ora a de #nar #naran an?a ?ado do de Met Metililo o Bala Balanz nza a #na #nalílítitica ca de apre apreci ciac ació ión n .(.. .(.../" ./" #"ua destilada Bal Balón #'orad orado o de 0..m 0..m$ $
PR2E3!M!EN12 Case /( Preparación de la Solución .(.-N H
Primer Primero o se realiza realizaron ron los los c*lculo c*lculoss para reali realizar zar una una solució solución n de *cido *cido sul'úr sul'úrico ico
H
.(.-N en un balón a'orado de 0..m$, a partir del *cido sul'úrico concentrado $os c*lcul c*lculos os uti utiliz lizado adoss para para la la prepa preparac ración ión 'ueron& 'ueron&
Se supuso 5ue el *cido concentrado tenía un m>v de 9L, consideramos 5ue ese porcenta?e si"ni'ica 5ue por ca"a /..ml de la solución 8a6 9L" de *cido sul'úrico, se procedió de la si"uiente manera 96 g
mol 1 mol 1000 m L × × = 9,79 = 9,79 M 100 mL 98.08 g 1 L L
3onde, 1 mol 98,08 g
es el 'actor de cambio cambio de "ramos a mol
1000 L 1 L
el 'actor de cambio
de mililitros a litros( Se"uidamente se usó la 'órmula de dilución Volumeninicial × Molaridadinicial Molaridad inicial =Volumen olumenfina finall × Molarida Molaridad d final final
despa?ando volumen inicial Volumeninicial =
Volumenfinal olumen final× × Molaridad Molaridad final Molaridad Molaridad inicial
para determinar cu*ntos mililitros se necesitaban tomar del 'rasco del *cido concentrado, para lle"ar a una normalidad de .(.-N, en un balón de 0..m$, aun5ue antes se llevó la normalidad a molaridad para traba?ar todo en las mismas unidades( omo se demuestra −¿ de cambio cambio PM = M × Nº de e ¿ ×Volumen ( L ) Masa ( gramos ) N =
cambio −¿ de cambio
Nº de e
¿
3e?ando la ecuación en 'unción de la molaridad tenemos,
−¿ decambio
Nº de e
M =
N
¿
Pero por un error de interpretación de la 'órmula de relación entre Molaridad 6 Normalidad, se de?ó escrito 5ue −¿ de cambio cambio ¿ M = N × Nº de e
El NO de electrones de cambio de ) -S2= es -, 6 se sustitu6ó en la anterior 'ormula M = N × 2= 0.04 M
Se prosi"uió a sustituir en la 'órmula de dilución Vi=
0.04 M × 500 mL 9,79 M
= 2 mL
Cinalmente se tomaron -m$ del *cido concentrado para la realización de la solución .(.-N 5ue se utilizó para la determinación de la alcalinidad de la muestras, lo 5ue pudo ocasionar un error de exactitud exactitud en los resultados( Fa 5ue estos c*lculos desde el comienzo de la titulación estaban erróneos 6a 5ue se supuso 5ue el porcenta?e del 'rasco indicaba m>v, pero lo 5ue en realidad indicaba era la pureza del *cido, 6 este error se propa"o 8asta lle"ar a los -m$ 5ue se tomaron( En donde los c*lculos 5ue en realidad se tuvieron 5ue 8aber realizado eran& Densidad Densidad ×
de pureza 100
= Masa pura ( g ) por volumense volumen se susansia susansia ( ml )
3e ac* se puede calcular la molaridad del 'rasco 6 despu7s usar la 'órmula de dilución para saber 5ue cantidad se necesitaba tomar del 'rasco para realizar la solución( Por lo tant tanto o real realiz izand ando o los los c*lc c*lcul ulos os corre correspo spondi ndien ente tess 2 2RR RRE E12 12S, S, para para determinar la normalidad teórica de la solución, con -m$ de *cido concentrado 6 el resto de a"ua destilada para un volumen de 0..m$, se tiene 1,84 g / ml ×
1,77 g 1 mL
M =
×
96 100
1 mol 98.08 g
=
×
1,77 g 1 mL
1000 mL 1 L
=
mol =18 M L
2 mL × 18 M 500 mL
= 0.1 M
$a molaridad teórica de la solución del *cido usado 'ue de .(/M 6 .(-N H
Se coloc colocó ó una alícu alícuota ota de *cid *cido o concent concentrado rado en en un beaJer beaJer,, 6 del del beaJer beaJer con con una pipeta eta "radu aduada de /.m$ se toma omaron ron -m$ del *cid cido, el cual continuamente se depositó en el balón a'orado de 0..m$, el cual se enrazo con a"ua destilada(
Case -( Valoración de la solución H
En la bala balanz nza a anal analít ític ica a se coloc colocó ó una una 'iol 'iola, a, se"ui se"uida dame ment nte e se ence encend ndió ió la
H
balanza de?*ndola en .( Se coloc colocó ó en la tapa apa del del 'rasc rasco o de bicar bicarbo bona natto de sodi sodio, o, una una pe5u e5ueDa eDa alícuot alícuota, a, 6 con una esp*tula esp*tula met*lic met*lica, a, se tomó tomó una pe5ueDa pe5ueDa 'racció 'racción n del bicarbonato :aproximadamente 9m"; deposit*ndolo en la 'iola( Se anotó el
H
valor pesado( Esto Estoss - paso pasoss ant anterio eriore ress se rea realiza lizaro ron n - vece veces, s, mas donde onde 'ina 'inalm lmen ente te obtuvimos = pesos de bicarbonato para realizar la valoración por triplicado 6 aume aument ntar ar la preci precisi sión ón :los :los pesos pesos de Na) Na)2 2= 'ueron 'ueron .(./. .(./.", ", .(./09 .(./09", ", .(./0-";(
H
Se llenó una bureta de 0.m$ con la solución de ) -S2=, previam previament ente e preparada, para titular, 6 el las 'iolas con Na)2 = se aDadieron -.m$ de a"ua
H
destilada con una pipeta volum7trica de -.m$( Se"uid Se"uidame amente nte se prosi prosi"ui "uió ó a realizar realizar la valor valoració ación n del *cido, *cido, como como indica indicador dor una una solu soluci ción ón de nara naran? n?a a de meti metilo lo prop propor orci cion onad ada a por por la asis asiste tent nte e del del laboratorio, la cual menciono 5ue ella 8abía preparado el indicador ese mismo
H
día( $os volú volúmene meness "astad "astados os para para cada cada masa masa de de bicarbo bicarbonat nato o 'ueron 'ueron&&
1abla 1abla =( Volúmenes "astados para cada masa de bicarbonato( Masa del Na)2 = :"ramos; .(./. .(./09 .(./0H
Volumen "astado del )-S2=:m$; /(-(/ /(A
Se"u Se"uid idam amen ente te con los result resultad ados os de la valor valorac ació ión n se usaron usaron los si"ui si"uien ente tess c*lculos para determinar la normalidad de la solución H 2 ! O 3 + 2 NaHC O3 → N a2 !O3 + 2 H 2 O + 2 CO 2 mol NaHCO NaHCO 3=masa NaHCO3 × 84 g / mol
mol H 2 !O3= mol NaHCO NaHCO 3 ×
1 mol H 2 ! O3 2 mol NaHCO NaHCO 3
−¿ decambio
e mol H 2 !O3 × Nº Volumen gasado ( L ) N H 2 ! O3=¿
H
on la norma normalid lidad ad se calcul calculó ó la normali normalidad dad prome promedio dio 6 la desvi desviació ación n típica típica con las si"uientes 'ormulas n
´= N
∑ N
i
i
n
N i− N
¿ ¿ ¿2 ¿ n
∑¿ i
¿ " =√ ¿
´ Siendo N la normalidad promedio, N la normalidad en cada caso 6 n el número de veces 5ue se realizó la valoración(
C#SE =( 3eterminación de la alcalinidad al naran?a de metilo( H
on on la soluci solución ón 6a valor valorad ada a de *cido *cido sul'ú sul'úri rico, co, se se llena llena la buret bureta a de 0.m$, 0.m$, para titilar la muestra de a"ua 5ue se nos asi"nó al "rupo, de la cual se tomó = alícuotas de -.ml con la pipeta "raduada de -.m$, 6 se colocaron en = 'iolas
H
de /-0ml( Se proced procedió ió a realiza realizarr la titulac titulación ión,, como como indicado indicadorr una soluci solución ón de naran? naran?a a de metilo proporcionada por la asistente del laboratorio, la cual menciono 5ue ella 8abía preparado el indicador ese mismo día( #rro?ando como resultado(
1abla 1abla ( Volumen "astado de sol( ) -S2 por alícuota tomada( Volumen de alícuota :m$; -. -. -.
Volumen "astado del )-S2=:m$; .( .( .(=
H
Se calcu calculó ló la la normali normalidad dad de de la muest muestra ra con la si"uie si"uiente nte 'ormu 'ormula la
mgCaCO 3 / L =
mLgas mLgasad ado o de H 2 !O 4 × Norm Normal alid idadde adde H 2 !O4 × 50 × 1000 Volumen olumen de lamue la muesra sra ( mL)
3onde 0. es el peso e5uivalente e5uivalente del CaCO3 , 6 /... el 'actor de conversión de m$ a $ H
on la alcal alcalini inidad dad se calcu calculó ló la alcali alcalinid nidad ad promedi promedio o 6 la desviaci desviación ón típica típica con con las si"uientes 'ormulas n
´ idad = #lcalinidad #lcalin
#lcalinidad ∑ #lcalinidad
i
i
n
´ idad #lcalinidad #lcalinidad i− #lcalinidad #lcalin ¿ ¿ ¿2 ¿
n
∑¿ i
¿
" = √ ¿
RESU$1#32S 1abla 1abla 0( Valores de la Valoración Valoración de la solución del acido Normalidad .(/ .(.9 .(/ 1abla L( Valores de la 1itulación de la muestra
´ N "
0.96 $ 0.1
.,../
#lcalinidad 1ot 1otal al :m" a2 =>$; /.. /.. @0
´ idad #lcalinidad #lcalin "
91,67 $ 92 14,44 $ 14
3!SUS!4N 3E RESU$1#32S Esta pr*ctica se trató de la determinación de alcalinidad expres*ndola en m" a2=>$, en donde se realizó la determinación en una muestra de a"ua 'acilitada por el pro'esor, la cual 'ue tomada una semana antes en la pr*ctica ! de Muestreo de a"ua, debe tenerse en cuenta 5ue las características 'ísico<5uimas pudieron 8aber cambiado a causa del tiempo, 'ue tomada de la piscina de la UM, como se muestra en la si"uiente 'ic8a&
Universidad Marítima del aribe $aboratorio de %uímica #mbiental
Cic8a !ndividual de ampo
/.(09@.9
Ubicación F Sistema de oordenada U1M
Número de Cic8a
-
ódi"o
M-<#RM-<#R<+R# :CR; >M-<#RM-<#R<#1 :G$;>M-<#R<#R #N! :M$;
Cec8a
-=>.->/0
/.&.@
PS#30L Municipio Parro5uia
Var"as atia $a Mar
Sitio
Piscina de la UM
Uso del #"ua& 3ocumentación Coto"r*'ica
Recreacional 3escripción del Sitio de Muestreo& Ubicado en la parte traser trasera a de la Univer Universid sidad, ad, presen presenta ta altos altos índices índices de evaporación, por ser una piscina el a"ua esta clorada, con con una una colo colora raci ción ón apar aparen ente te verd verdos osa a la cual cual se sospec8a de 5ue es por causa de al"as( Este cuerpo de a"ua no presenta salidas de a"ua( $a radiación sobre esta es relativamente alta( Cactor Cactores es #ntro #ntropo" po"7ni 7nicos cos&& Presen Presenta ta bomba bomba para para la recirculación del a"ua( Esta a"ua esta clorada( Se le estaba extra6endo a"ua con un sistema de bombas(
ro5uis del Sitio de Muestreo
Par* Par*me metr tros os !N S!1U S!1U lorado 2lor olor Verdoso #parente !ncoloro olor Real 1emperatura del #"ua
1urbidez
Par* Par*me metr tros os en $abo $abora rato tori rio o pH = 8,1
-0O N>P
Se preparó una solución de *cido sul'úrico, para realizar la titulación, aun5ue debido a errores cometidos en los c*lculos no se utilizó la solución .(.-N de )-S2, como lo indica el )ac8 ater #nalis6s BooJ, si no se usó una solución de *cido .(/N, la cual pudo a'ectar la exactitud de los datos obtenidos( #ntes de comenzar la determinación de la alcalinidad se nos indicó, 5ue para la muestra no se le realizara la determinación de la alcalinidad 'enol'taleinica, por lo tanto solo se se realizó la determinación de la la alcalinidad total( total( Se"uidamente Se"uidamente,, se determinó determinó la alcalinida alcalinidad d de la muestra muestra problema problema la cual 'ue de 9- m" a2=>$, en donde se resalta resalta nuevamente este valor no es mu6 exacto( F al comparar este valor con la tabla /, esta a"ua entra en la clasi'icación de a"ua mu6 amorti"uadora( 2N$US!2NES
H H
$a alcal alcalini inidad dad tota totall del el a"ua a"ua de la la piscin piscina a de la UM UM es es de 9- m" m" a2 a2 =>$( El a"ua a"ua de la piscin piscina a es un a"ua a"ua mu6 amorti amorti"ua "uadora dora((
B!B$!2+R#C!#
abrera, #(, Per7z, M(, Viveros, (, Q Barranco, M( :s ('(;( Alcalinidad y Dureza del Agua( Recuperado el =. de Marzo de -./0, de 8ttp&>>es(scribd(com>doc>0-A/=.9>-<#lcalinidad<6<3urezaxr.>3ocumentosTta"ua>aterTanal6sis>(((>0ed#)(pd'
