FCNM Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas
Departamento de Ciencias Químicas y Ambientales -Laboratorio de Química AnalíticaPráctica #6 Determinación de Cloruros
Autor: Joel I. Alomalisa Profesor: Ing. Christian Macías Paralelo: 103 Fecha de Entrega: 02 de julio de 2018
I Término-2018
Carrera de Ingeniería de Minas 1. TÍTULO: Determinación de cloruros en agua mediante gravimetría. 2. OBJETIVOS General •
❖
Determinar mediante análisis gravimétrico el contenido de cloruros en una muestra problema de agua.
Específicos
•
❖ ❖ ❖
Realizar la determinación de cloruros por métodos gravimétricos Determinar la cantidad de cloruros en ppm. Verificar si la muestra es apta para el consumo humano y riego agrícola.
3. MARCO TEÓRICO El análisis gravimétrico, o también conocido como estimación cuantitativa por diferencia de masas, el cual está basado en la medición de pesos de un analito, y a menudo es el único parámetro usado en el cálculo de los resultados, bajo esta técnica (Henkel, 2003). Dentro del análisis gravimétrico, existen varios métodos de análisis, para obtener la concentración de un analito, entre los cuales están; método de precipitación, la volatilización, este método consiste en medir los componentes volátiles de la muestra, a partir de la composición de los componentes volátiles, pueden darse dos tipos de volatilización; método directo, en el cual se evapora el analito y el método indirecto donde no se evapora el analito. El método del secado térmico es uno de los métodos más antiguos y más comunes para liberar a los precipitados de solución liquida, este método también es muy utilizado para determinar humedad. Una vez la muestra este en el horno, el agua empezará a evaporarse mientras la presión de vapor dentro del material es mayor que la del aire del horno que le rodea, la muestra deberá permanecer un cierto tiempo a la temperatura de secado para llegar a un equilibrio de humedad en su interior, el tiempo necesario puede llegar a ser de horas, una vez pasado el tiempo, se sacará la muestra y para evitar que recupere la humedad proveniente del aire se emplea un desecador, en donde la sustancia reposará hasta ser pesada (Khopkar, 2009). La determinación gravimétrica de cloruro puede realizarse con pocos errores. El precipitado es sensible a la luz y, por lo tanto, se tiene que proteger de la luz directa del sol y de las lámparas fluorescentes intensas. Por lo acción de la luz intensa tiene lugar su descomposición fotoquímica dando cloro libre y plata metálica. (Brown & Sallee, 1977) El contenido de cloruro en sales solubles se puede determinar mediante su precipitación como cloruro de plata. Ag+(ac) + Cl- (ac) → AgCl (s)
Joel Alomalisa
P103
Carrera de Ingeniería de Minas El precipitado (AgCl) se recolecta en un crisol, se filtra con facilidad y se lava con un poco de ácido nítrico muy diluido, este acido previene la peptizacion del precipitado y se volatiza al secarlo, se lo realiza a una temperatura de entre 110 y 130°C. Una vez se seca el precipitado a 110ºC hasta obtener una masa constante, se determina la masa de cloruro por estequiometria. En todo procedimiento se debe tener presente la posibilidad de interferencias. En este caso, aniones de sales de ácidos débiles, tales como carbonatos, forman sales poco solubles con plata a pH neutral, por lo que se debe mantener el pH ácido durante el proceso de precipitación. Inicialmente, la reacción forma un coloide, el cual se coagula calentándolo. Al añadir HNO3 y un se evitan las interferencias mencionadas anteriormente, a la vez que se promueve la coagulación. Los halogenuros de plata, incluyendo AgCl, se descomponen al reaccionar con la luz ultravioleta. Sin embargo, si la muestra no entra en contacto directo con la luz solar, este proceso es insignificante.
Ilustración 1 Reacción de foto descomposición del AgCl
En la práctica del precipitado debe ser tan insoluble que la parte del constituyente a cuantificar que queda en disolución debe ser inferior al peso más pequeño que pueda detectarse con la balanza analítica, el precipitado obtenido debe estar libre de las sustancias contaminantes, el precipitado debe ser de fácil y rápida filtración, y el precipitado obtenido debe ser estable (Skoog,2005).
4. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS Equipos • • • •
Balanza analítica (precisión ±0.0001,Marca: OHAUS) Estufa eléctrica termo-reguladora (Marca Quimis) Plancha de calentamiento Sorbona
Materiales • • • • • • •
• • • •
Agitador (Marca Cole Parmer) Vaso de precipitación (200 ml) Soporte universal Pinza para crisol Vidrio de reloj Bureta (50 ml) Desecador de vidrio con Cloruro de Cobalto y gel de sílice como agente desecante. Crisol (30 ml) Pipeta (10 ml±0.1, Marca BOECO) Pipeta (20ml ±0.1,Marca BOECO) Pera de succión
Joel Alomalisa
P103
Carrera de Ingeniería de Minas Reactivos • • • • • •
AgNO3 (ac) 0.1N NaCl (ac) HNO3 (ac) 0.01 N HNO3 (ac)(C) HCl (ac) 0.1 N H2O (d)
5. PROCEDIMIENTO Para el desarrollo de esta práctica seguiremos los siguientes pasos: Primero antes de empezar la práctica se toma un crisol diferenciarlo de los demás por alguna marca y llevarlo a secar en la estufa a 130°-150°C, durante media hora, esto para ganar tiempo en el desarrollo del proceso. Luego del secado, se lo toma y se coloca en el desecador, esperar que se enfríe y pesar el crisol, para calcular su peso y en un vaso de precipitación, agregar 150 ml de muestra problema con presencia de cloruros y acidificarla con 0.5 ml de ácido nítrico. Agregamos lentamente y agitando AgNO3, desde la bureta a la solución hasta que la formación de precipitados desaparezca, procurando que no llegue mucha luz, es necesario calentar la solución hasta casi ebullición, mientras se agita con la varilla, manteniendo la misma temperatura hasta que el precipitado coagule y la solución sobrenadante quede limpia. Dejamos reposar la solución y retirar la solución sobrenadante, tener precaución de no perder cantidad alguna de precipitado, luego lavamos el precipitado con la solución HNO3 0.01N, y luego colocarlo en un crisol, repetir los lavados dos o tres veces hasta que el lavado no se enturbie con la adición de 1 o 2 gotas de HCl diluido. Secar el precipitado en el crisol, colocándolo en la estufa a 130 – 150 °C, durante 1 hora, dejar enfriar en el desecador, pesar el crisol y proceder con los caculos.
6. REACCIONES La siguiente expresión muestra la ecuación de reacción de formación de cloruro de plata (AgCl) en presencia de HNO3.
() + − () → + − () Ecuación de reacción de lavado del precipitado
( ) + ( ) → () +
Joel Alomalisa
P103
Carrera de Ingeniería de Minas Precipitación de cloruro de una solución de AgCl Cl- (ac)+ Ag+ (ac)→ AgCl (ac)
7. RESULTADOS Tabla 1. Datos iniciales de la muestra
Volumen de muestra Masa del crisol Masa del crisol más precipitado
150ml 21.7373gr 21.7802gr
Masa del precipitado seco
0.0429gr
Cálculos Cálculo de la masa del precipitado seco
= Donde:
: : á : í = 21.7802gr 21.7373 = . Cálculo del contenido en ppm de Cl-
0.0429 ∗
1 143.32
0.0298 − 0.150
∗
∗
1 − 1
1000 − 1
−
∗
35.45 − 1
= .
−
= 0.01061 −
−
Tabla 2. Resultados finales de la práctica
Masa de Cloro Total en la muestra
0.0429 gr
Cantidad de Cloro en ppm [mg/l]
70.74ppm
Joel Alomalisa
P103
Carrera de Ingeniería de Minas 8. ANÁLISIS DE RESULTADOS Después de aplicar el procedimiento descrito anteriormente se obtuvo como resultado un valor de 0.0429 gr de precipitado de AgCl, para calcular la cantidad de cloros presentes se procedió con el proceso de cálculo estequiométrico relacionando los moles de Cl- presentes por cada mol de AgCl formada dando un valor de 0.01061gr de Cl-, y finalmente una cantidad de 70.74 mg/L de Cl - presentes en la muestra. Durante el desarrollo de la práctica se considera la influencia de factores que pudieron alterar los valores alejándolos de los valores esperados, entre ellos tenemos que la ubicación del grupo de trabajo no fue la adecuada que posiblemente se encontraba cercana a una fuente de luz y esto ocasionó la foto descomposición del AgCl. Otro de los errores que pudiese ser que el cloro puede reaccionar con el exceso de ion plata formando más precipitado, esto conllevaría a un error de tipo positivo porque se formaría un exceso de cloruros en el resultado final. También pudo haberse generado otro error durante el desarrollo de la práctica, este es que al pasar el precipitado desde el vaso de precipitación al crisol, quedan restos en las paredes que son perdidas que de alguna u otra manera, considerándolo como un error de tipo negativo ya que pueden afectar el resultado final de cloruros en la muestra, como no se tiene un valor de referencia de la cantidad de cloruros reales en la muestra no se puede establecer rangos o porcentajes de error por lo tanto no se puede cuantificar con un valor numérico especifico pero si en base al valor obtenido se puede analizar si el resultado se encuentra bajo los límites permisibles para riego agrícola o consumo humano con un valor máximo permisible obtenido del TULSMA (ver Anexos). Según esto el límite máximo permisible de cloruros para aguas de consumo humano y uso doméstico que únicamente requieren tratamiento convencional es de 250mg Cl/l adjunto en el Anexo 1, Esto significa que la muestra es apta para consumo humano previo un tratamiento convencional ya que se encuentra bajo la cantidad máxima permisible, mientras tanto el valor máximo permisible para uso agrícola no se encontró pero existe una tabla que relaciona la calidad de agua para uso agrícola adjunto en el Anexo 2. El cual indica que la calidad de agua con cloruros Moderado para riego superficial no debe superar los 10meq de Cl-, este valor indica que la muestra es de una calidad moderada para el uso agrícola por riego superficial.
Joel Alomalisa
P103
Carrera de Ingeniería de Minas 9. OBSERVACIONES Una vez que se ha formado los precipitados por completo, si agregamos titulante en exceso, las gotas se vuelven transparentes y no blancas como en el principio. Se observó en el momento de agitar y calentar la muestra se iban formaron grumos blancos en la solución y a medida que pasaba el tiempo se formaban más grumos, este proceso se llama coagulación de partículas. Al momento de realizar el lavado para saber si se continúa lavando se agrega unas gotas de HCl y si la solución no se enturbia es porque ya no existe plata remanente.
10.RECOMENDACIONES Para pesar en la balanza analítica electrónica, se deben cerrar todas las fuentes de viento, así como también apagar los sistemas de ventilación ya que las partículas a pesar son bastante pequeñas, este paso es muy propenso al acarreo de errores. Además, debemos encerar la balanza después de cada medición y tratar en lo posible de no regar muestra en el plato. En esta práctica se debe tener en cuenta algunas recomendaciones que pueden alterar el correcto desarrollo de esta, el efecto de descomposición fotoquímica puede presentarse por lo cual se recomienda trabajar en un lugar aislado y tratar de que la muestra no reciba luz. Agregar lentamente el nitrato de plata a la solución que contiene la muestra problema. Calentar la solución sin que llegue a la ebullición. Y finalmente realizar un buen lavado, tratando de recoger todo el precipitado.
11.CONCLUSIONES Se determinó la cantidad de cloruros en una muestra problema de agua por el método gravimétrico, en donde después del pesado, precipitado, lavado, secado y nuevamente pesado, mediante cálculos estequiométricos se obtuvo la cantidad de cloruros presentes en la muestra obteniendo un valor final de 0.0429gr , mediante relación estequiométrica se obtuvo 0.01061g Cl, con una cantidad de 70.74 ppm en la muestra problema. El agua representada por la muestra es apta para el consumo humano previo un tratamiento convencional, mientras que para uso agrícola se encuentra bajo un estándar de calidad moderado, es decir que es apta para riego superficial de zonas agrícolas.
Joel Alomalisa
P103
Carrera de Ingeniería de Minas
12.BIBLIOGRAFÍA
•
•
•
•
Harris, D. Análisis Químico Cuantitativo (2006). Tercera edición. México: Grupo Editorial Iberoamérica. Pag: 236, ISBN: 8429172246 Henkel, J. Analytical chemistry for technicians(2003). Cuarta Edición, USA, Boca Raton, Editorial: Lewis, Pag: 40-50, ISBN: 9781439881057 Skoog; West; Holler; Crouch. Fundamentos de Química Analítica (2005). Octava edición. México D.F.: International Thomson Editores S.A. Pag: 437 Khopkar, S. M. Basic concepts of analytical chemistry (2009). Tercera edición, UK: Editorial New Age Science, Pag: 20-21
Joel Alomalisa
P103
Carrera de Ingeniería de Minas
ANEXO 1 Tabla 3. Límites máximos permisibles para aguas de consumo humano y uso doméstico, que únicamente requieren tratamiento convencional.
Parámetros
Unidad
Límite Máximo Permisible
Sustancias solubles en hexano
mg/l
0,3
Al
mg/l
0,2
N-Amoniacal
mg/l
1,0
NH4
mg/l
0,05
Arsénico (total)
As
mg/l
0,05
Bario
Ba
mg/l
1,0
Cadmio
Cd
mg/l
0,01
Cianuro (total)
CN-
mg/l
0,1
Cloruro
Cl
mg/l
250
Cobre
Cu
mg/l
1,0
Aceites y Grasas
Aluminio Amoniaco Amonio
Expresado Como
Coliformes Totales
nmp/100 ml
3 000
Coliformes Fecales
nmp/100 ml
600
Color
Compuestos fenólicos Cromo hexavalente Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días) Dureza
Joel Alomalisa
color real
unidade s de color
100
Fenol
mg/l
0,002
Cr +6
mg/l
0,05
DBO5
mg/l
2,0
CaCO3
mg/l
500
P103
Carrera de Ingeniería de Minas
ANEXO 2 Tabla 4. PARÁMETROS DE LOS NIVELES GUÍA DE LA CALIDAD DEL AGUA PARA RIEGO
UNIDADES
*GRADO DE RESTRICCIÓN. Ninguno Ligero Moderado
Severo
CE (2)
Milimhos/cm
0,7
0,7
3,0
>3,0
SDT (3)
mg/l
450
450
2000
>2000
RAS = 0 – 3 y CE
0,7
0,7
0,2
< 0,2
RAS = 3 – 6 y CE
1,2
1,2
0,3
< 0,3
RAS = 6 – 12 y CE
1,9
1,9
0,5
< 0,5
RAS = 12 – 20 y CE
2,9
2,9
1,3
<1,3
RAS = 20 – 40 y CE
5,0
5,0
2,9
<2,9
3,0
3,0
9
> 9,0
meq/l
3,0
3,0
Irrigación superficial
meq/l
4,0
4,0
10,0
>10,0
Aspersión
meq/l
3,0
3,0
- Boro
mg/l
0,7
0,7
3,0
> 3,0
mg/l
5,0
5,0
30,0
>30,0
- Bicarbonato (HCO3) meq/l
1,5
1,5
8,5
> 8,5
pH
6,5 –8,4
PROBLEMA POTENCIAL Salinidad (1):
Infiltración (4):
Toxicidad por ión específico (5): - Sodio: Irrigación superficial RAS (6) Aspersión
- Clorur os
Efectos misceláneos (7): - Nitrógeno (N-NO3)
Joel Alomalisa
Rango normal
P103
