UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO. Facultad De Ingeniería Química
DETERMINACIÓN DE LA DUREZA TOTAL EN AGUAS NATURALES: MÉTODO COMPLEXOMETRICO (QUELATOMETRICO)
I.-OBJETIVO: 1.1.-Objetivo general: •
Det Deter ermi mina naci ción ón de la dure dureza za del del agua agua por el mé méttodo odo complexometrico
1.2.-Objetivo especifico: •
Dete Determ rmina inaci ción ón del del co cont nten enid ido o de ca calc lcio io y carbo carbona nato to de calcio de una muestra de agua.
II.-FUNDAMENTO TEÓRICO En las aguas naturales, las concentraciones de iones calcio y magnesio magnesio son superiores superiores a la de cualquier cualquier otro ion metálico, por consig consigui uien ente te,, la dure dureza za se defi define ne co como mo la conce concent ntrac ración ión de carbonato de calcio que equivale a la concentración total de todos los cationes multivalentes en una muestra de agua. La dete determ rmin inaci ación ón de la dure dureza za es una una prue prueba ba analít analític ica a que que prop propor orci cion ona a una una me medi dida da de la calid calidad ad del del agua agua
para para uso
doméstico e industrial. La prueba es de una importancia para la industria porque el calentamiento del agua dura precipita el carbonato de calcio, principal responsable de la obstrucción de calderas y tuberías, Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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detonando un problema económico al ocupar mucho más energía de lo normal, implicando un mayor gasto de dinero. Esta precipitación de carbonato de calcio la podemos observar diariamente en nuestros hogares, es cosa de mirar dentro de la tetera y ver toda esa cantidad de “sarro” que se va acumulando con el tiempo, causando el mismo problema que en la industria, pero a menor escala, demorando la ebullición del agua. La mayoría de los suministros de agua potable tienen un promedio de 250 mg/l de dureza. Niveles superiores a 500 mg/l son indeseables para uso doméstico. Se dice que un agua es dura cuando presenta una elevada concentración de cationes como el Ca2+ y el Mg2+ que, entre otras sustancias, se han incorporado al líquido debido a la disolución de los materiales geológicos del terreno. Por el contrario, se dice que un agua es blanda cuando la concentración de estos iones es pequeña. La dureza es caracterizada comúnmente por el contenido de calcio y magnesio y expresada como carbonato de calcio equivalente. Existen dos tipos de DUREZA: −
Dureza Temporal: Esta determinada por el contenido de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio. Puede ser eliminada por ebullición del agua y posterior eliminación de precipitados formados por filtración, también se le conoce como "Dureza de Carbonatos".
−
Dureza Permanente: está determinada por todas las sales de calcio y magnesio excepto carbonatos y
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bicarbonatos. No puede ser eliminada por ebullición del agua y también se le conoce como "Dureza de No carbonatos".
VOLUMETRÍA DE FORMACIÓN DE COMPLEJOS: La complexometría es una técnica para la determinación analítica directa o indirecta de elementos o compuestos por medición del complejo soluble formado. En principio, cualquier compuesto que forme cuantitativamente un complejo con su ion metálico puede ser usado en complexometría si se dispone de un medio adecuado para determinar el piloto de equivalencia. El método surgió, en realidad, hace más de cien años. La Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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valoración de Liebig de la plata con cianuro se basaba en la formación de un ion completo de cianuro de plata muy estable, . Ag ( CN ) 2
Otros ejemplos clásicos bien conocidos son la valoración del aluminio y la del circonio con un fluoruro basada en la formación de sus fluoruros complejos no disociables. Muchísimas reacciones dan iones complejos o moléculas neutras sin disociar. Pero pocas pueden usarse para valoración, pues la mayoría de los complejos son demasiado inestables para la valoración
cuantitativa.
Los
citratos
y
tartratos
forman
complejos estables con muchos iones metálicos polivalentes, pero se usan rara vez como valorantes, porque forman más de un complejo con un ion metálico dado y esto dificulta la determinación del punto final. El uso de un formador de complejos orgánicos como valorante es cosa reciente. Hace más de dos décadas, la I. G. Farbenindustrie lanzó al mercado por primera vez varios aminopolicarboxílicos como formadores de complejos con metales. Más tarde, Brintzinger y Pfeiffer investigaron estos complejos metálicos que eran conocidos en la industria, pero prácticamente desconocidos por los analistas. Desde 1945 Schwarzenbach y sus colaboradores hicieron un estudio sistemático de estos complejos y descubrieron un método analítico para determinar la dureza del agua en el que usaban ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) como valorante y murexida y negro de eriocromo T como indicadores. Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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ÁCIDO ETILEN DIAMINO TETRACÉTICO (E.D.T.A.) También
llamado
Ácido
Etilen
Di
nitrilo
Tetracético,
o
simplemente E.D.T.A, es el titulante complexométrico más versátil. En su forma completamente protonada tiene la siguiente estructura:
HOOC – H2C
CH2 – COOH \
/ N - CH2 - CH2 – N
/
\
HOOC – H2C
CH2 – COOH
La molécula de E.D.T.A. tiene seis sitios potenciales para formar un enlace con un ion metálico: los cuatro grupos carboxilo y los dos grupos amino, cada uno de estos últimos con un par de electrones no compartidos. Las soluciones de E.D.T.A. son especialmente valiosas como titulantes porque este reactivo se combina con los iones metálicos en una proporción 1: 1 independiente de la carga del catión.
NEGRO DE ERICROMO T Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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El negro de ericromo T, también conocido como NET, es un indicador de iones metálicos, muy utilizado para titular diversos cationes comunes, comportándose como un ácido débil. Los complejos metálicos del NET frecuentemente son rojos en un rango de PH entre 4 a 12, cuando está libre en solución en un rango de PH menor a 10 su color es rosado, a PH igual a 10 es de color azul.
MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DUREZA DEL AGUA. 1.-METODO DEL EDTA (etilendiaminotetraacetico) El método supone el uso de soluciones de acido etileno diaminotetraacetico o de sus sales de sodio como agente titulador. Dichas soluciones forman “iones complejos solubles” con el calcio, magnesio y otros iones causantes de dureza. La reacción puede presentarse así: M+++EDTA→M.EDTAcomplejo estable
El colorante cromo negro T, o ericromo negro T, sirve para indicar cuando todos los iones calcio y magnesio han formado complejo con EDTA. Cuando se añade una pequeña cantidad de negro ericromo T, color azul, a un agua dura con pH 10.0± 0.1, el indicador se combina con algunos iones Ca++ y Mg++ para formar un ion complejo débil de color vino tinto. Es decir: M+++negro de ETcolor azul→M negro de ETcomplejo vino tinto
Durante la titulación con el EDTA, todos los iones Ca++ y Mg++ M++ libres forman complejos; finalmente, el EDTA descompone Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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el complejo débil vino tinto para formar un complejo más estable con los iones que causan dureza. Esta acción libera el indicador negro de ericromo T y la solución pasa de color vino tinto a color azul, lo cual indica el punto final de titulación. La reacción puede representarse así: M negro de ET + EDTA→MEDTAcomplejo + negro de ET complejo vino tinto
color azul
Con el fin de minimizar la tendencia a la precipitación del CaCO3, para el pH recomendado de diez, se fija un tiempo límite de cinco minutos para efectuar la titulación. Además, existen algunos iones metálicos que interfieren en el procedimiento, lo que da por resultado la pérdida del cambio de color del indicador o cierta imprecisión en su apreciación. De acuerdo con el contenido de estos iones, la interferencia puede reducirse con la adición de ciertos inhibidores recomendados en el
Standard
Methods.
En resumen: A la muestra de agua que contiene los iones calcio y magnesio se le añade el buffer de PH 10, posteriormente, se le agrega el indicador negro eriocromo T ( NET ), que hace que se forme un complejo de color púrpura, enseguida se procede a titular con EDTA hasta la aparición de un color azul . Reacciones: Ca2+ + Mg2+ + Buffer PH 10
Ca2+ + Mg2+
+ NET
[Ca-Mg--NET]
rojo vino Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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[Ca-Mg--NET] + EDTA Color azul
[Ca-Mg--EDTA] + NET
Interferencias En la tabla se encuentran la lista de la mayor parte de las sustancias que interfieren. Sí existen más de una sustancia interferentes, los límites dados en la tabla pueden variar. La turbidez se elimina por filtración. Interferencias
Con. máx. sin
interferir Alumnio--------------------------20 ppm Cadmio---------------------------
*
Cobalto-------------------------100 ppm Cobre--------------------------- 50 ppm Fierrro(+3)--------------------
50
ppm Fierro (+2)--------------------- 50 ppm Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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Plomo--------------------------
*
Manganeso-------------------
1 ppm
Níquel------------------------- 100 ppm Zinc---------------------------Polifosfatos------------------
* 10 ppm
* Si están presentes son titulados como dureza.
Campo De Aplicación El análisis de la dureza total en muestras de aguas es utilizado en
la
industria
de
bebidas,
lavandería,
fabricación
de
detergentes, acabados metálicos, teñido y textiles. Además en el agua potable, agua para calderas, etc.
Límites aceptables de dureza Tipo de agua
Dureza total (ppm CaCO3)
Blandas
Menos de 50
Medianas
Entre 50 y 150
Duras
Entre 150 y 300
Muy duras
Más de 300
III.-Parte experimental
3.1.-Materiales: •
1 bureta
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1 pinza
•
1 nuez
•
1 fiola de 1000 ml.
•
1 matraz erlenmeyer de 250 ml.
•
2 vasos precipitados de 100 ml.
•
2 pipetas de 10 ml.
3.2.-Reactivos ➢
Negro de eriocromo T (NET)
➢
Acido de etilendiaminotetraacetico (EDTA).
➢
Solución buffer pH=10 (hidróxido de amonio 0.1M, cloruro de amonio).
3.3.-Procedimiento experimental
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a) Preparación de la solución de EDTA 0.02N Pesar 3.722 gr. De acido etilendiaminotetracetico, luego enrasar a 1000 ml con agua destilada en una fiola y etiquetar.
b) Preparación de la solución amortiguadora de pH 10 Disolver 6.7500gr de cloruro de amonio en unos 57 ml de hidróxido de amonio al 25% y enrase a 100 ml.
c) Determinación de la dureza del agua: 1. Instalar la bureta y llene con la solución del EDTA 0.02N
previamente preparada, luego enrase la bureta abriendo la llave de la misma, verificar que en la punta inferior no queden burbujas de aire. 2. Vierta 5 ml de agua (muestra problema) y 20 ml de agua
destilada en un erlenmeyer de 250 ml. 3. Agregue 1 ml. De solución reguladora PH 10 y añada
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gotas de indicador NET. 4. Agitar el contenido de erlenmeyer hasta disolver el indicador y observara a un color rojo vino. 5. Titular la solución problema con la solución valorada de EDTA. El color de la solución cambiara de rojo vino al color azul, hasta una azul permanente. 6. Anote el volumen utilizado 7. Repita esta operación con las otras muestras. 8. Calcule la concentración total de iones Ca+2 en la muestra
problema.
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IV.-Resultados
Agua de:
Volumen muestra
de Volumen (Vmuestra) gastado(Vg) en ml
en ml Pozo
5
4.5
Rio
5
4.8
Para determinar la cantidad de carbonato de calcio ppm de CaCO3=N*V*PM*103θ*Va
Donde: N= normalidad del RDTA V= es el volumen gastado de EDTA por titulación PM= peso molecular de CaCO3 θ= Parámetro de sal
Va= volumen de sal
Se determina la concentración de calcio de las aguas:
ppmH2O PozoCaCO3=0.02N*4.5ml*100gmol*10002*25ml= 180 ppm ppmH2O de rioCaCO3=0.02N*4.8ml*100gmol*10002*25ml=192 ppm Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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V.-Conclusiones •
El agua de rio tiene una concentración de 192 ppm, se encuentra como agua muy dura.
•
El agua de pozo tiene una concentración de 180 ppm, se encuentra como agua muy dura.
•
La concentración de iones CaCO3 es mayor en el agua de rio.
. VI.-Recomendaciones •
Verificar que en la punta de la bureta no tenga burbujas de aire.
•
Enrazar de forma correcta la bureta con la solución de EDTA.
•
No agregar demasiado indicador NET.
•
Al momento de hacer la titulación tratar de ser lo más exactos al producirse el viraje para evitar exceder el volumen gastado de EDTA.
VII. Bibliografía •
RODIER, J. Análisis de las aguas. Ed. Omega. Barcelona. 1981.
•
NALCO. Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones. Tomo III. Mc Graw-Hill. 1989
•
•
Tratamiento de aguas industrial.-A.S.T.M Calidad del agua de Jairo Alberto romero rojas
Pagina web: Laboratorio de Tratamiento de Aguas
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http://www.lamotte.com/pages/global/pdf/spanish/5860sp.p df
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