UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA CÁTEDRA: QUÍMICA AGRÍCOLA PROFESOR: DR. PATRICIO REYES ALUMNO: PABLO ERNESTO VILLA GUERRERO CICLO: CUARTO “A”
FECHA: MIÉRCOLES, 21 DE DICIEMBRE DEL 2011 INFORME: 4 TEMA:
DETERMINACIÓN DE LA DUREZA (AGUA)
MACHALA - EL ORO – ECUADOR 2010 – 2011
I. INTRODUCCIÓN Este es un trabajo de laboratorio, realizado por los alumnos del cuarto ciclo de ingeniería agronómica, el cual consistió en establecer la dureza del agua mediante un proceso de titulación con EDTA y gravimetría y así obtener cantidad de las sales de carbonato de calcio y magnesio de la respectiva muestra. Este trabajo es de mucha importancia, porque tenemos contacto con la realidad y hemos asegurado mayor aprendizaje a través de la práctica, logrando superar ciertas dudas sobre el tema tratado y mediante sencillos procesos determinar la dureza del agua. En este trabajo se han planteado los siguientes objetivos: ‐
Determinar la dureza total de las diferentes muestras de aguas.
‐
Establecer la dureza del calcio de las diferentes muestras de aguas.
‐
Obtener la dureza del magnesio de las diferentes muestras de aguas.
‐
Interpretar la dureza de las diferentes muestras de aguas.
Este trabajo se lo llevó a cabo en el Laboratorio de Química de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Técnica de Machala, el día 14 de diciembre del 2011.
II. REVISIÓN LITERARIA 2.1. DUREZA DEL AGUA BARROW, G (1997) Afirma que la dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales de calcio y magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas que poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio y cal, o filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales que absorben los iones metálicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. La dureza, por lo general, se expresa como el número equivalente de miligramos de carbonato de calcio (CaCO3) por litro. KIMMER, F y McCALLION, J (1982), indican que la dureza es la solución en agua tanto de calcio como de de magnesio en forma de cationes, independientemente de la naturaleza de los aniones presentes. Esta se ha expresado, por lo general, en función del carbonato de calcio, CaCO 3. IÑIGUEZ, M (1999) afirma que en aguas ricas en iones bicarbonatados hay la tendencia del calcio y del magnesio a precipitarse en forma de carbonatos a medida que la solución del suelo se vuelve más concentrada. Esta reacción no se complementa totalmente en circunstancias ordinarias, pero a medida que tienen lugar, las concentraciones de calcio y magnesio se reducen, aumentando la proporción relativa de sodio. JENKINS, D. et. al. (1983), detallan que la dureza es una propiedad ocasionada por la presencia de cationes metálicos polivalentes. Se manifiesta por reacciones entre los cationes de dureza y los jabones que forman precipitado y entre los cationes de dureza y ciertos aniones (por ejemplo, (SO 4)2-, (CO3)2- ) para formar incrustaciones. La dureza de las aguas naturales se debe en gran parte a los aniones Ca 2+ y Mg2+. Con frecuencia la dureza se mide a través de la aplicación del principio de quelación.
2.2. UNIDAD DE LA DUREZA KIMMER, F y McCALLION, J (1982), explican que la dureza se ha expresado, por lo general, en función del carbonato de calcio, CaCO 3, puesto que el peso molecular del CaCO3 es 100 y su peso equivalente es 50, proporcionando una unidad conveniente de intercambio para expresar a todos los iones en agua, en vez de mostrar a cada uno de ellos con su propio peso equivalente.
2.3. ORIGEN DE LA DUREZA KIELY, G (1999) indica que el agua subterránea que pasa a través de la caliza disuelve los compuestos de calcio y magnesio que provocan la dureza. En consecuencias, las aguas son comunes en las zonas calizas, con concentraciones totales que varían de 200 a 400 mg/L. S.A. (2004) un autor detallo que la forma de dureza más común y problemática es la causada por la presencia de bicarbonato de sodio [Ca (HCO 3)2]. El agua la adquiere cuando la lluvia pasa por piedra caliza (CaCO 3). Cuando el agua de lluvia cae disuelve dióxido de carbono (CO 2) del aire y forma ácido carbónico (H 2CO3), por lo que se acidifica ligeramente: CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (ac) El carbonato de sodio (CaCO 3) no es muy soluble en agua, sin embargo, cuando el ácido diluido pasa por la piedra caliza reacciona formando bicarbonato de sodio [Ca(HCO3)2] que sí es soluble en agua: CaCO3 (s) + H2CO3 (ac) Ca2+ (ac) + 2HCO3- (ac) Por lo tanto, el agua de lluvia toma iones calcio Ca 2+ y iones bicarbonato HCO 3- y se vuelve dura. Cuando el agua dura se calienta las dos reacciones anteriores se revierten y se forma carbonato de calcio, agua y dióxido de carbono: Ca2+ (ac) + 2HCO3- (ac) CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)
El carbonato de calcio (CaCO 3) es mucho menos soluble en agua que el bicarbonato de calcio [Ca(HCO3)2] por lo que se precipita formando un sólido conocido como sarro, incrustaciones o incrustaciones de calcio.
2.4. TIPOS DE DUREZA BOLA, A (2004), enumera dos tipos de dureza, los cuales son:
2.4.1. 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".
2.4.2. Dureza Permanente Está determinada por todas las sales de calcio y magnesio excepto carbonatos y bicarbonatos. No puede ser eliminada por ebullición del agua y también se le conoce como "Dureza de No carbonatos".
2.5. INTERPRETACIÓN DE LA DUREZA BOLA, A (2004), expresa que según la American Society for testing and Materials, establece la interpretación de la dureza de la siguiente manera:
Dureza como CaCO3 0-75 75-150 150-300 > 300
Interpretación Agua suave Agua poco dura Agua dura Agua muy dura
BOLA, A (2004), señala que el agua potable tiene un límite máximo permisible de 300 mg/l de dureza.
2.6. GRADO HIDROTIMÉTRICOS Y ALCALIMÉTRICOS 2.6.1. Grado hidrotimétricos BARRAQUÉ, C. et. al. (1978), indican que el grado hidrotimétrico (TH) indica el contenido global en sales de calcio y magnesio que hacen al agua dura. Los grados
hidrométricos indican la cantidad de bicarbonatos, sulfatos, cloruros, etc., de las sales alcalinotérreas contenidas en el agua. Se distingue para ello: ‐
TH total: indica de una manera global el contenido en sales de Ca y Mg.
‐
TH cálcico: indica el contenido global en sales de Ca
‐
Dureza carbonatada: indica el contenido en hidrogeno-carbonatos y carbonatos de calcio y de magnesio.
‐
Dureza no carbonatada: indica el contenido en sulfatos y cloruros de calcio y magnesio. Es igual a la diferencia de TH total – Dureza carbonatada.
2.6.2. Grados alcalimétricos BARRAQUÉ, C. et. al. (1978), detallan que la medida de la alcalinidad se efectúa con una solución valorada de acido en presencia de fenolftaleína (grado alcalimétrico simple TA) o de anaranjado de metilo o heliantina (grado alcalimétrico completo TAC). Los valores TA y TAC indican el contenido del agua en hidróxidos, carbonatados o bicarbonatados alcalinos o alcalinotérreos.
2.7. BENEFICIO DE LA DUREZA DE UNA AGUA El agua dura es beneficiosa en agua de riego porque los iones alcalinotérreos, tienden a flocular (formar agregados) con las partículas coloidales del suelo y, como consecuencia, aumenta la permeabilidad del suelo al agua.
III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. DETERMINACIÓN DE LA DUREZA TOTAL. 3.1.1. Materiales ‐
Muestra de agua
‐
Balanza eléctrica
‐
Erlenmeyer
‐
Pipeta graduada de 50 ml
‐
Agua destilada
‐
Bureta
‐
Soporte para bureta
Reactivos ‐
Buffer
‐
Eriocromo negro T. (indicador)
‐
EDTA 0, 01M [Acido Etilen Diamino Tetra Acético Disódico (di hidratado)]
3.1.2. Método ‐
Obtener con una pipeta graduada 50 ml de una muestra de agua, y depositarlos en un erlenmeyer.
‐
Agregar 2 ml de una sustancia buffer, a la muestra problema. Para la preparación del buffer se obtienen los pesos de las sustancias de 1 y se afora a 50ml. Esta solución se complementa con las sustancias de 2 y se afora a 250ml
1. (1,179g EDTA + 0,78g SO 4Mg.7H2O) / 50ml 2. (16,9g ClNH4 + 143ml NH4OH) / 250ml ‐
Adicionar 0,4g de Eriocromo negro T (ENT), que se lo utiliza como un indicador. Cuya preparación se muestra a continuación. [0,5g ENT + 100g ClNa]
‐
Titular el contenido del erlenmeyer con EDTA 0,01M, hasta punto final azul.
‐
Determinar el gasto de la bureta del EDTA, y calcular la dureza total de la muestra problema, mediante la siguiente fórmula:
Dureza total = [volumen del EDTA x 2] La dureza, está dada en unidades de ppm CO 3Ca
3.2. DETERMINACIÓN DE LA DUREZA DEL CALCIO. 3.2.1. Materiales ‐
Muestra de agua
‐
Balanza eléctrica
‐
Erlenmeyer
‐
Pipeta graduada de 50 ml
‐
Agua destilada
‐
Bureta
‐
Soporte para bureta
Reactivos ‐
Hidróxido de sodio (NaOH)
‐
Murexide (indicador)
‐
EDTA 0,01M [Acido Etilen Diamino Tetra Acético Disódico (di hidratado)]
3.2.2. Método ‐
Obtener con una pipeta graduada 50 ml de una muestra de agua, y depositarlos en un erlenmeyer.
‐
Agregar 2 ml de hidróxido de sodio (NaOH) a la muestra problema.
‐
Adicionar 0,4g de Murexide. La preparación del Murexide se muestra a continuación: [0,2g Murexide + 100g ClNa]
‐
Titular el contenido del erlenmeyer con EDTA 0,01M, hasta punto final purpura.
‐
Determinar el gasto de la bureta del EDTA, y calcular la dureza del calcio de la muestra problema, mediante la siguiente fórmula:
Dureza del calcio = [volumen EDTA x 20] La dureza del calcio esta dado en unidades de ppm CO 3Ca
3.3. OBTENCIÓN DE LA DUREZA DE MAGNESIO. Obtenidos los valores de la dureza total y la dureza del calcio, se despeja la dureza del magnesio de la formula de la dureza total de una muestra de agua, de la siguiente manera: Dureza total = Dureza del calcio + Dureza del magnesio
Dureza del magnesio = Dureza total – Dureza del calcio La dureza del magnesio esta dado en unidades de ppm CO 3Ca
IV. RESULTADOS Cuadro 1. Determinación total de la dureza de una muestra de agua, el 14 de diciembre del 2011.
Lugar de la muestra
Volumen de la muestra
Gasto del EDTA
ppm CO3Ca total
Agua de riego Agua potable Agua de pozo
50,00ml 50,00ml 50,00ml
8,25ml 8,50ml 5,59ml
165,00 mg/lt 170,00 mg/lt 111,80 mg/lt
Cuadro 2. Determinación de la dureza de las sales de calcio de una muestra de agua, el 14 de diciembre del 2011.
Lugar de la muestra
Volumen de la muestra
Gasto del EDTA
ppm CO3Ca calcio
Agua de riego Agua potable Agua de pozo
50,00ml 50,00ml 50,00ml
1,75ml 4,25ml 1,70ml
35,00 85,00 34,00
Cuadro 3. Obtención de la dureza de las sales de magnesio de una muestra de agua, el 14 de diciembre del 2011.
Lugar de la muestra Agua de riego Agua potable Agua de pozo
ppm CO3Ca magnesio
Dureza ppm CO3Ca calcio
ppm CO3Ca total
Interpretación
130,00 85,00 77,80
35,00 85,00 34,00
165,00 170,00 111,80
Agua dura Agua dura Agua poca dura
Diagrama 1. Comparación de la dureza de las sales de magnesio, calcio y dureza total de las muestra de agua utilizadas en la práctica, el 14 de diciembre del 2011. 165.0
170.0
130.0 111.8 85.0
35.0
85.0
77.8
34.0
Calcio Agua de riego
Magnesio Agua potable
Dureza total Agua de pozo
V. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES 5.1. DISCUSIONES ‐
La dureza total de la muestra del agua de riego es de 165,00 ppm CO 3Ca, según la interpretación establecida en la revisión literaria es una agua dura, esto se debe a que es una agua subterránea que pasa a través de la caliza que disuelve los compuestos de calcio y magnesio que provocan la dureza y esto conllevaría a poder perjudicar los cultivos.
‐
En cuadro 3 la dureza del calcio es mayor a la dureza del magnesio en el agua de riego y en el agua de pozo, estas dos siendo de origen un pozo subterráneo, por ende estas muestras son aguas próximas a ser salinas, a diferencias de la muestra del agua potable, que existe una igualdad entre la dureza de calcio y magnesio, que sería una agua casi normal. Esto se debe principalmente a la dureza de calcio, que influye directamente a la salinidad del agua.
5.2. CONCLUSIONES ‐
Las aguas subterráneas tienden a ser duras ya que pasan a través de la caliza que disuelve los compuestos de calcio y magnesio que provocan la dureza.
‐
Cuando la dureza de calcio es mayor a la dureza de magnesio, se puede especificar que es una agua normal, mientras que si la dureza de magnesio es mayor a la dureza de calcio se manifiesta que es una gua próxima a ser salina.
VI. BIBLIOGRAFÍA 1. BARRAQUÉ, C. et. al. 1978. Manual del agua. España. Editorial Grafo. S.A. Págs.: 896-897. 2. BARROW, G. 1997. Química general, tomo I. Editorial Reverté. Págs.: 1-9 3. BOLA, A. 2004. Análisis de dureza de aguas. Recuperado el 20 de diciembre del 2011 de la pagina web: . 4. IÑIGUEZ, M. 1999. Manejo y conservación de suelos y aguas. Ecuador – Loja. Editorial Cosmos. Págs.: 173. 5. JENKINS, D. et. al. 1983. Química del agua, manual de laboratorio. México. Editorial Limusa S.A. Págs.: 55-61. 6. KIELY, G. 1999. Ingeniería ambiental, fundamentos, tecnologías y sistemas de gestión. Colombia. Editorial Nomos. Págs.: 287, 288, 330, 331. 7. KIMMER, F y McCALLION, J. 1982. Manual del agua, su naturaleza, tratamiento y aplicaciones. México. Editorial Carvajal S.A. Sección.: 4-1, 44. 8. S.A. 2004. Introducción a la Dureza del Agua. Recuperado el 2 de diciembre del 2011 de la pagina web: .
