UNIVER SIDAD NACIONAL DE INGENIERÍ A
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL AMBIENT AL
CURSO: Química II - AA-223 PRACTICA N° 06:
ABLANDAMIENTO DEL AGUA AGUA
NOMBRE AN ANTA TASIA: SIA: !L"# P$%%u&i#' P$%%u&i#' INTEGRANTES:
A(a)a*a C%u+ Ma%ía Giu)ia&a
La&,$" Paciic" L$"&a%,"
Ma%%".ui& Ru/i" Pi$%"
O%$))a&" N$%i))" Lui# 1$#u#
1. OBJETIVOS: General: •
Observar e interpretar el proceso de ablandamiento del aga por intercambio i!nico"
Específcos: • •
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Determinaci!n calitativa de la dre#a del aga por el m$todo del %ab!n" Comparar & anali#ar le e'ciencia de las resinas cati!nicas para la eliminaci!n de la dre#a del aga" Reali#ar la regeneraci!n de las resinas cati!nicas satradas tili#adas en el proceso de intercambio i!nico" Observar la dre#a del aga mani(estada por el cortado de %ab!n"
2. MARCO TEÓRICO: Ablana!"en#o el a$%a: Es n proceso )e )ita la dre#a* casada por la presencia de iones met+licos divalentes* principalmente principalmente Ca,- & .g,- La dre#a del aga es consecencia del contacto con los selos & rocas* en particlar la piedra cali#a* en presencia de CO-" Como se se/al! en la secci!n 00"1"1* las concentraciones de dre#a tanto carb!nica como no carb!nica se e2presan como CaCO1" Rara ve# es necesario el ablandamiento para agas de sper'cie 3donde na dre#a ma&or de -44 mg5L es poco com6n7* pero en ocasiones es deseable para las agas sbterr+neas 3donde se observan con cierta (recencia dre#as speriores a los 0"844 mg5L7" El aga dra es aceptable para consmo 9mano* pero pede no ser adecada para so indstrial en ra#!n de los problemas de (ormaci!n de incrstaciones )e casa en las calderas" El ablandamiento con cal:carbonato & el intercambio de iones son dos de los m$todos disponibles para ablandar el aga dra" En el ablandamiento ablandamiento con cal:carbonato* la cal 3CaO7 )e se agrega al aga se 9idrata a Ca3O;7-* el cal elimina la dre#a carb!nica conviniendo el Ca;CO 1 solble en CaCO 1 insolble* & el .g;CO1 solble en CaCO1 insolble & .gCO1 soluble. Este .gCO1 solble se precipita desp$s como .g 3O;7- & CaCO1 con la adici!n de m+s cal" La dre#a no carb!nica 3por e%emplo* CaSO< & .gSO< solbles7 se precipita como CaCO 1 agregando carbonato de sodio 3Na-CO17" Con el Intercambio de iones* el aga dra se (er#a a trav$s de na resina de intercambio intercambio %!nico como la #eolita* la cal e2trae de manera pre(erente los iones Ca ,- & .g,- del aga & liberan iones Na,* los cales (orman sales solbles. solbles . Las resinas de intercambio %!nico tili#adas para el ablandamiento de aga son corrientemente materiales pol=meros 9ec9os en (orma de pe)e/as centas" Se incorporan a la resina grandes aniones org+nicos" En la resina )e se coloca en la colmna estos aniones grandes est+n empare%ados con cationes sodio" A medida )e el aga circla a trav$s de la colmna* los iones sodio de la resina
se intercambian con los iones calcio & magnesio de la solci!n* de acerdo con las sigientes reacciones>
Los
iones calcio & magnesio se eliminan de este modo del aga? pasan a la (ase s!lida & son sstitidos en el aga por iones sodio" Los iones calcio se segir+n eliminando continamente mientras la constante de e)ilibrio 3ec" 1:--7 de la reacci!n de intercambio i!nico no se alcance" Un criterio similar es aplicable a la eliminaci!n del magnesio"
Desp$s de n per=odo determinado de tiempo se 9abr+ eliminado s'ciente Ca,, & .g,, de la corriente de aga )e circla a trav$s del lec9o de modo )e el contenido de Ca,, &5o .g,, de la resina en todos los pntos del lec9o se apro2imar+ al valor de e)ilibrio dado por la ecaci!n 1:--" El so posterior del lec9o de%ar=a demasiado Ca,, & .g,, en el aga e@ente" En este pnto la resina &a tili#ada podr=a sacarse del lec9o & sstitirse por resina Na, pra" Sin embargo* n procedimiento m+s barato es regenerar la resina &a tili#ada" Esto se consige pasando na solci!n concentrada de NaCl a trav$s del lec9o como se mestra en la 'gra 1:01" El elevado contenido de Na, en la solci!n invierte la reacci!n de intercambio intercambio
i!nico &* de acerdo con la ecaci!n -:--* el Na, sstit&e al Ca,, & al .g:E, en la resina 9aci$ndola v+lida para s tili#aci!n en el ablandamiento de aga"
El aga dra aga dra debe ser pri'cada* &a )e s so pede ocasionar inconvenientes en la indstria indstria** como por e%emplo la precipitaci!n de las sales casantes de la dre#a en tbos & ca/er=as* con la consecente disminci!n de la capacidad de los mismos" En el +mbito dom$stico* no de ss ma&ores inconvenientes es el de la di'cltad para el lavado* debido a )e no prodce espma con el %ab!n* adem+s de )e estropea electrodom$sticos & s posible olor desagradable" El ablandamiento )=mico consiste en eliminar las sales para evitar estos problemas problemas"" El aga dra al aplicarle el m$todo del %ab!n no prodce espma* lo cal se denomina cortado del jabón" jabón" Este es na sal de sodio )e diselta en aga* o dispersa coloidalmente* coloidalmente* prodce espma" En cambio cambio** las sales de los cationes calcio & magnesio son insolbles en aga* & solo se lograra espma en aga dra si se agrega %ab!n en e2ceso" La dre#a del aga se pede clasi'car en dre#a permanente o temporaria" La primera es a)ella )e no pede ser eliminada al 9ervir el aga* & es casada
por cationes de calcio & magnesio asociados a cal)ier ani!n )e no sea carbonatos" or e%emplo* CaSO< o .gCl-" La dre#a temporal se debe al calcio o magnesio asociados a carbonatos 3carbonato +cido o bicarbonato7* bicarbonato7* & pede ser eliminada al 9ervir el aga" or e%emplo* Ca3;CO17- o .g3;CO17-" El bicarbonato de estos cationes se convierte por el calentamiento en di!2ido di!2ido de carbono carbono** aga* & carbonato de cati!n* )e precipitar+* precipitar+* de%ando al aga menos dra"
&. METO'O(OGIA REACTIVOS: •
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JABO): El %ab!n El %ab!n es n prodcto )e sirve para la 9igiene 9igiene personal personal & para lavar determinados ob%etos" Se pede encontrar en pastilla* en polvo* en crema o en l=)ido" El %ab!n generalmente son generalmente son sales sales s!dicas s!dicas o pot+sicas resltadas de la reacci!n )=mica entre n +lcali +lcali 3generalmente 3generalmente 9idr!2ido de sodio o sodio o de potasio77 & alg6n +cido graso? potasio graso? esta reacci!n se denomina saponi'caci!n saponi'caci!n"" El +cido graso pede ser de origen vegetal o animal* por e%emplo* manteca de cerdo o aceite de coco" El %ab!n es solble en aga &* por ss propiedades detersivas detersivas** sirve com6nmente para lavar" Bradicionalm B radicionalmente ente es n material material s!lido" s!lido" En realidad realidad la (orma (orma s!lida es el compesto seco o sin el aga )e aga )e est+ involcrada drante la reacci!n mediante la cal se obtiene el %ab!n* & la (orma l=)ida es el %ab!n diselto en aga* en este caso s consistencia pede ser m& viscosa o m& @ida" C(OR*RO C(OR*RO 'E SO'IO: El clorro de sodio* m+s conocido como sal de mesa* o en s (orma mineral mineral 9alita 9alita** es n compesto )=mico con )=mico con la (!rmla Na NaCl Cl"" El clorro de sodio es na de las sales sales responsable responsable de la salinidad salinidad del del oc$ano oc$ano & & del@ido del@ido e2tracel e2tracellar lar de de mc9os organismos" Bambi$n B ambi$n es el ma&or componente componente de la sal sal comestible* es com6nmente com6nmente sada como condimento condimento & & conservante conservante de de comida" En la antigedad* el clorro de sodio era m& apetecido como n bien transable & como condimento condimento** & se remneraba en la $poca precl+sica romana a los soldados )e constr=an constr=an la V=a Salaria )e empe#aba en las canteras de Ostia Ostia 9asta 9asta Roma Roma con con n generoso salarim argentm" argentm" Bambi$n era el salario de n esclavo &a )e se entregaba na pe)e/a bolsa con sal? por lo )e la palabra asalariado tiene n signi'cado etimol!gicamente etimol!gicamente pe&orativo" RESI)A CATIÓ)ICA: CATIÓ)ICA: Los 'ltros de resinas en ciclo s!dico tienen como 'nalidad darle n tratamiento al aga para disminir la dre#a* )e principalmente se debe al calcio & magnesio en solci!n" ara disminir la dre#a a niveles m=nimos* se emplea na resina )e e2trae el calcio & el magnesio del aga* de%ando n aga blanda" ara este 'n en n 'ltro de resinas se tiene n recipiente dentro del cal 9a&
n determinado volmen de resina? mientras ma&or sea la cantidad de resina ma&or es la capacidad del 'ltro" El aga @&e de arriba 9acia aba%o dentro del 'ltro* por lo )e el aga tiene contacto con la resina & de esta manera son removidos calcio & magnesio* saliendo por la parte in(erior del 'ltro aga blanda o de ba%a dre#a" La resina tiene na cierta capacidad* por lo cal desp$s de )e 9a pasado n determinado volmen de aga* la resina se satra & &a no es capa# de cmplir s (nci!n" El tiempo de draci!n de la resina cmpliendo s (nci!n adecadamente depende de la dre#a del aga tratada as= como del volmen de aga )e se pase por el 'ltro" Si la dre#a es m& alta* la resina se satra r+pidamente? & de la misma manera> si el volmen de aga es m& alto la resina se satra en menor tiempo" Ciclo s!dico> R− Na + Z − A → R − Z + Na − A
R> cadena de la resina > cati!n 3p" e%"> Ca-,* .g* Na,* F,* etc"7 A> ani!n 3p" e%"> Cl:* SO<* ;CO1:* CO1* etc"7 El intercambio cati!nico en el ciclo del 9idr!geno se tili#a para obtener aga de alimentaci!n de calderas de ba%a presi!n 3menos de <44lb5plg"-7* <44lb5plg" -7* cando el aga crda tiene alta alcalinida alcalinidad d de bicarbonatos* ba%a dre#a & contenido de s=lice" Bambi$n se aplica en la obtenci!n de 9ielo cando se desea obtener n prodcto cristalino* en corto tiempo & )e no sea )ebradi#o" Biene aplicaciones en la man(actra gaseosa en donde se re)iere ba%a alcalinidad* ba%a dre#a & adecado ;" En este proceso de tili#an #eolitas de 9idr!geno* )e tienen la capacidad de intercambiar iones 9idr!geno por los de calcio* magnesio* sodio" Ciclo +cido> R − H + Z − A → R − Z + H − A
R> cadena de la resina > cati!n 3p" e%"> Ca-,* .g* Na,* F,* etc"7 A> ani!n 3p" e%"> Cl:* SO<* ;CO1:* CO1* etc"7 R> Regeneraci!n de materiales de resinas de intercambio i!nico
MATERIA(ES •
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SO+ORTE *)IVERSA(: Es n tensilio de 9ierro permite sostener varios recipientes"
)e
ER(E)ME,ER: Es tili#ado principalmente para la preparaci!n de solciones" Hrasco con ase redonda* la cal posee na estrctra c!nica en la #ona del medio & en la #ona sperior se aprec preciia n na boc boca a co con c cello ello es estr trec ec9 9o" Ca Cand ndo o sse e 9a 9abla de .a .atra tra# Erlenme&er* se est+ 9ablando de n matra# gradado )e contiene marcas )e indican n determinado volmen" Se encentran en distintas capacidades" capacidades" T*BO 'E E)SA,O: Es n recipiente en (orma cil=ndrica con n e2tremo abierto & el otro redondeado* es com6nmente com6nmente tili#ado en laboratorios laboratorios para colocar pe)e/as mestras li)idas"
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B*RETA -/0.!l3: Instrmento de
vidrio* este sirve para reali#ar titlaciones & c+lclos m+s e2actos con el volmen"
E4per"!en#o 1
Determincaion calitativa de la dre#a del aga Aga de ca/o 0 gota de %abon rb%as El aga dra no corta a las brb%as
E4per"!en#o 2
Determinar si el aga de ca/o presenta dre#a Aga de ca/o 8 ml de resina Bransvasar Bransvasar & lavar lavar Adicionar aga de ca/o cada 84 ml
Anotar el Regenerar volmen & repetir de aga 1 veces
Se obtvo 144 ml de aga blanda
5. 'ATOS , OBSERVACIO)ES 'ATOS:
Re Reactivos
NaCl
Ka Kab!n
eso .oleclar 58,44 g/mol
:
Concentraci !n 8J :
OBSERVACIO)ES:
E6+ERIME)TO: “ D Determinaci!n eterminaci!n calitativa de la dre#a del aga 3m$todo del %ab!n7
PRIMER
Se observ!* )e al momento de ec9ar nas gotas de solci!n de %ab!n* se (orm! na m& pe)e/a cantidad de espma* lo )e evidencia )e la mestra de aga de laboratorio -4 presenta n grado de dre#a"
•
E6+ERIME)TO: MAblandamiento SEGUNDO E6+ERIME)TO: MAblandamiento
por intercambio ionico
7+r"!era alíc%o#a - pr"!eros !l3
Se observ! na gran cantidad de espma* lo )e evidencia la presencia de aga blanda* adem+s de demostrar n alto grado de e'ciencia de la resina cati!nica tili#ada"
7Se$%na alíc%o#a - se$%nos !l3 Se observ! na menor cantidad de espma con respecto a la al=cota anterior* lo )e demestra la presencia de aga blanda pero en menor cantidad )e la anterior* Es decir la resina cati!nica a disminido s e'ciencia al pasar el tiempo" 7Tercera alíc%o#a - #erceros !l3
Se observ!* na m& poca cantidad de espma en el tbo de ensa&o* esto evidencia la presencia de dre#a en el aga & la satraci!n de la resina cati!nica* para lo cal se debe reali#ar na regeneraci!n regeneraci!n para el caso de la resina cationica" 7Res"na sa#%raa
Se not! )e lego de tili#ar la resina cati!nica & obtener las tres al=cotas* esta amento s volmen en 1 ml* adem+s de n cambio de color de n amarillo #apallo intenso al inicio* a n amarillo #apallo claro al 'nal"
. CA(C*(OS , RES*(TA'OS EERIE.BNO 0 Determinaci!n Determinaci!n calitativa dre#a del aga .$todo del %ab!n" -KNa , Ca-,
::::::::::::::::
-KCa , -Na ,
EERI.ENBO Ablandamiento por intercambio ionico
Aga dra blanda , Resina
,
3Con alta concentraci!n de Ca, & .g,7
37Satrada de Na,7
3Satrada con Ca, & .g,7
Resina ::::::::::::::::::::::
Aga
3Satrada con Na,7
CO)C(*CIO)ES Al reali#ar el primer e2perimento* debido a la presencia de na m& poca cantidad de espma 3casi nada7* conclimos )e el aga de laboratorio -4 de la (acltad de ingenier=a ambiental presenta n alto grado de dre#a" 7A lo largo de la reali#aci!n de la pr+ctica de laboratorio 3segndo e2perimento7 * logramos comprobar )e a medida )e el tiempo transcrre la e'ciencia de la resina cati!nica dismin&e* &a )e al ir sacando al=cotas de los di(erentes vol6menes* la espma en el tbo de ensa&o dismin&e lo )e indica la disminci!n del ablandamiento del aga* para )e al 'nali#ar* la e'ciencia de la resina cati!nica dismin&a* satr+ndose" Al 9aber notado la satraci!n de la resina cati!nica dando como consecencia na disminci!n de s e'ciencia* se concl&e )e se debe proceder a na regeneraci!n con sal de NaCl al 8J & n lavado con aga"
BIB(IOGRA89A: •
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B=tlo> Ingenier=a Ingenier=a Ambiental Ambiental P Segnda Segnda edici!n Ator> K" Gl&nn ;enr& & Gar& Q" ;eine B=tlo> rocesos rocesos de separaci!n Ator> C" Kdson Fing Editorial> Revert$* S"A B=tlo> Bratamiento Bratamiento de agas indstriales> indstriales> Agas Agas de proceso proceso & residales residales Ator> .igel Rigola Lape/a