UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL ÁREA ACADÉMICA DE CIENCIAS BÁSICAS
INFORME N° 10 LABORATORIO DE QUÍMICA II QU-119A TITULO: DETERMINACION CUANTITATIVA DE IONES EN EL AGUA “
ALUMNOS:
Mendoza Chilo Edwuard
Noriega Sanjinez Jorge Pável
Ing. Bertha Cárdenas Vargas
Ing. Elmo Pajares Briones
PROFESORES:
PERIODO ACADEMICO: 2012-2 REALIZACION DE LA PRÁCTICA: 23/11/2012 ENTREGA DE LA PRÁCTICA: 30/11/2012
Lima-Perú
”
INDICE
I.
OBJETIVO
II.
FUNDAMENTO TEORICO
III.
PARTE EXPERIMENTAL
Experimento No 01: “Determinación de la dureza del agua por el método de Clark”
Experimento No 02: “Determinación de la dureza del agua por el método EDTA”
Experimento No 03: “Ablandamiento del agua con solución de Ca (OH)2 / Na2CO3 ”
IV.
RECOMENDACIONES
V.
PICTOGRAMAS
VI.- BIBLIOGRAFIA
VII.- CUESTIONARIO
DETERMINACION CUANTITATIVA DE IONES EN EL AGUA I.
OBJETIVOS
II.
Determinar la dureza del agua de caño mediante métodos de Clark, método complexométrico, etc. Interceptar el proceso de desionización del agua para su aprovechamiento doméstico e industrial.
FUNDAMENTO TEORICO
El agua es uno de los principales recurso necesario para la vida, además posee gran cantidad de usos industriales como doméstico. Existe el tipo de agua llamada agua dura, la cual contiene minerales, como son mayores cantidades de carbonatos de calcio y magnesio y sulfatos principalmente, de sulfuro, azufre y hierro, que lleva en si un tanto del óxido rojizo, más aún es bien empleada en el uso cotidiano, incluyendo el consumo, aunque no tenga la nitidez del agua purificada; por consiguiente, el agua dura, dependiendo de los niveles de minerales, tiene sabor y puede ser ligeramente turbia. También se debe a la presencia de sales cálcicos y magnésicas cuya presencia(dureza temporal) suele producir depósitos de sarro en las teteras y otras superficies en contacto con el agua dura. Para "mejorar" sus cualidades y hacer del agua dura, agua que no manche con óxido o con sarro se utilizan ablandadores de intercambio iónico, ablandadores de resina regenerable con sal (ablandador) en aparatos especialmente diseñados para el proceso de ablandamiento. El agua dura puede ser sacada directamente de pozos, dependiendo de la tierra; por lo general, el agua dura no pertenece a una red citadina de distribución, sino que es un recurso del campo. Una forma de cuantificar la dureza total del agua, es sumar la dureza cálcica (concentración de masa de cationes cálcicos Ca2+ en el agua) y la dureza magnésica (concentración de masa de cationes magnésicos Mg2+ en el agua). Mientras más alto el valor de la dureza total, más dura es el agua. La dureza la adquiere el agua a su paso a través de las formaciones de roca que contienen los elementos que la producen. El poder solvente lo adquiere el agua, debido a las condiciones ácidas que se desarrollan a su paso por la capa de suelo, donde la acción de las bacterias genera CO 2, el cual existe en equilibrio con el ácido carbónico. En estas condiciones de pH bajo el agua ataca las rocas, particularmente a la calcita (CaCO 3), entrando los compuestos en solución. Según el grado de dureza las aguas se clasifican de la siguiente forma:
0 – 15 mg/1 CaCO3
Muy suave
0 – 75 mg/1 CaCO3
Suave
75 – 150 mg/1 CaCO3
agua poco-dura
150 – 300 mg/1 CaCO 3
Dura
más de 300 mg/1 CaCO 3
Muy dura
Cuando la dureza es numéricamente mayor que la suma de las alcalinidades de carbonatos y bicarbonatos, la cantidad de dureza que es su equivalente a esta suma se le llama dureza carbonatada, también llamada dureza temporal, ya que al elevarse la temperatura del agua hasta el punto de ebullición, el calcio y el magnesio se precipitan en forma de carbonato de calcio e hidróxido de magnesio respectivamente. La cantidad de dureza en exceso de la carbonatada se le llama dureza de no carbonatos y se distingue como dureza permanente, es decir, no puede eliminarse por agitación térmica, sino que son necesarios procesos químicos para eliminarla del agua. Entre estos procesos se pueden mencionar el ablandamiento con cal, cal-soda e intercambiadores iónicos como ciertas resinas. Las aguas duras no causan problemas al cuerpo humano y son tan satisfactorias como las aguas blandas sin embargo, la aceptación del público es variable de un lugar a otro, y su sensibilidad depende del grado de dureza al que las personas estén acostumbradas. Muchos consumidores ponen objeción cuando la dureza del agua excede de 150 mg/1 CaCO3. Métodos de obtención de la dureza del agua: Uno de los métodos más modernos para purificar agua es la ósmosis reversa u inversa. Método de Clark: Consiste en titular una solución patrón jabonosa con un volumen determinado de agua dura hasta producir espuma permanente. Método de Hebner: Es más preciso que el método anterior y permite determinar el carbonato alcalino necesario para reaccionar con los iones Mg 3+ y Ca2+. Método Complexométrico: Se basa en la reacción de EDTA y un indicador que cambia cuando reacciona con el magnesio y el calcio. III.
PARTE EXPERIMENTAL: Experimento No 01: “Determinación de la dureza del agua por el método de Clark”
a) Datos: 1gota=0,05ml 1ml de solución jabonosa = 1mg CaCO 3 1ppm = 1mg CaCO 3/1L muestra D Temporal = D Total – D Permanente No gotas solución jabonosa = 85 Para la D total No gotas solución jabonosa = 80 Para la D permanente b) Observaciones: Se observó que para calcular la dureza total, se emplearon 20 ml de agua de caño al cual se agregó la solución jabonosa hasta que se forme una fina capa de espuma.
Observamos que en el cálculo de la dureza permanente se utilizó menor cantidad de gotas que en cálculo de la dureza total.
Para calcular la dureza permanente se procedió a hervir el agua de caño con la finalidad de que al filtrar este volumen de agua, eliminemos la dureza temporal o de bicarbonatos.
c) Diagrama de Flujo:
Formación de una capa de espuma luego de 80 gotas de solución jabonosa
d) Cálculos: Dureza Total: D Total = ( ) D Total = ( ) D Total =
= 20ppm
Dureza Permanente:
D Permanente = ( )
D Permanente = ( ) D Permanente =
D Permanente = 10ppm
Dureza Temporal: D Temporal = D Total - D permanente D Temporal = 20ppm – 10ppm D Temporal = 10ppm
e) Conclusiones:
Cuando se hierve el agua se pierde parte de su masa por la evaporación
Concluimos que este método para la determinación de la dureza del agua no es muy exacto, ya que se trabaja con número de gotas y el criterio de quien realiza la experiencia, lo cual decidirá el instante en el que se haya formado la capa de espuma.
Se concluye que cuando se hierve el agua eliminamos su dureza temporal, ya que luego de su ebullición se empleó menos gotas de la solución jabonosa.
Experimento No 02: “Determinación de la dureza del agua por el método EDTA” a) Datos: Para la D Total V EDTA = 4,8ml V EDTA = 4,9ml
Para la D Permanente V EDTA = 3,3ml V EDTA = 3,5ml V EDTA = 4,2ml (Para la D Calcica) 1ml EDTA = 1 mgCaCO3 b) Observaciones:
Se determina la dureza total del agua de caño preparando una solución de: 20ml de agua de caño + 2ml sol. BUFFER + 2 gotas del indicador negro ericromo.
Luego de preparar la solución se procedió a titular con EDTA hasta que se observó un cambio de color de rojo a vino azul, indicando el punto de equivalencia.
Para dureza permanente se procedió a preparar otra solución con los mismos reactivos que la primera, con la única diferencia de que se empleó el agua hervida del experimento anterior usando 20 ml de agua caño y se procedió a titular esta nueva solución con EDTA hasta observarse un cambio de color de rojo vino a azul verdoso.
Adicionalmente a los 2 cálculos anteriores, se procedió a determinar la dureza cálcica, para lo cual se tituló una solución de 10 ml de agua de caño + 5 ml NaOH + 2 gotas de indicador murexide con una solución de EDTA hasta que se observa un cambio de color rojo a violeta.
c) Diagrama de flujo:
Dureza total
EDTA
EDTA
TITULACION
Cambio al color
Se adiciono
azul
indicador ericromo
Dureza Permanente:
Dureza Cálcica:
TITULACION
d) Reacciones Químicas:
Preparación de la solución a titular en la determinación de la dureza total y permanente: Ca2+ + Mg2+ + NE
Na2S + BUFFER
[Ca. Mg. NE]
Titulación de las soluciones preparadas anteriormente:
[Ca. Mg. NE] + EDTA
Na2S + BUFFER
[Ca. Mg. EDTA] + NE (Sol. De color azul)
e) Cálculos:
D. Total:
D Total = ( ) D Total =
D Total = 480ppm
D. Permanente: D Permanente = ( )
D Permanente =
D Permanente = 330 ppm
(Sol. De color rojo vino)
D. Temporal: D Temporal = D Total – D Permanente D Temporal = 480 ppm – 330 ppm D Temporal = 150 ppm
D. cálcica:
Observaciones
Se observa que la solución inicial compuesta por 10ml H 2O caño,5ml NaOH 1M y 2 gotas indicador Murevide es de color morado oscuro Luego de adicional 4.2ml de EDTA la solución tomo un color rojizo .
Datos experimentales.Volumen gastado de EDTA =4.2ml Cálculos y resultados.1ml EDTA Vg EDTA = 4.2ml
1 mg CaCO3 X
X = 4.8mg CaCO3 10ml muestra 1000mlmuestra X = 480 mgCaCO3 X=480 ppm
4.8mgCaCO3 X
f) Conclusiones:
El EDTA y sus derivados tienen la valiosa propiedad química de combinarse con iones metálicos polivalentes en solución para formar complejos coordinados cíclicos no iónicos, solubles en agua y virtualmente no disociables. A estos complejos se les conoce como quelatos.
Conclusiones que para determinar la dureza del agua es conveniente emplear el método complexométrico ya que en este método se emplean procedimientos más exactos que en el método de Clark, como la titulación.
Se concluye que la dureza temporal del agua de caño es de 150ppm, este valor se encuentra muy alejado del hallado en el primer experimento, debido a que se emplean reactivos que eliminan mayor cantidad de cationes Ca 2+ y Mg2+( especies de conforman la dureza temporal).
Se concluye de esta experiencia que en la dureza total es mayor el volumen gastado que en la dureza permanente y esta a la vez es menor que la dureza cálcica
Experimento No 03: “Ablandamiento del agua con solución de Ca (OH) 2 / Na2CO3 ” a) Datos: 1ml EDTA = 1mga CaCO 3 V EDTA = 1mg CaCO3 1ppm = 1 mg CaCO 3/L muestra 1gota solución jabonosa = 0,05mg CaCO 3 b) Observaciones:
Observamos que para ablandar el agua de caño se le agrego 2ml de Ca(OH)2 + 2ml de Na2CO3 a 100ml de agua de caño y se dejó reposar esta solución por 5min. Luego de esto se procedió a filtrar la solución en un vaso de precipitados del cual se extrajo 20ml para determinar su dureza por el método Clark y 10ml mas para determinar su dureza por el método complexométrico, obteniéndose cantidades de solución jabonosa y EDTA menores a la normal, como resultado del ablandamiento del agua.
c) Diagrama de flujo:
Se procede a filtrar
Solución Jabonosa
Titulando queda de color plomo
d) Reacciones Químicas:
Eliminación de la dureza por los iones calcio: Ca(CO3H)2 + Ca(OH)2 H2O + 2CaCO3 CaCl2 + Na2CO3 NaCl + CaCO3
Eliminación de la dureza debido a los iones magnesio:
Mg(CO3H)2 + 2Ca(OH)2 2H2O + Mg(OH)2 + 2CaCO3 MgCl2 + Ca(OH)2 CaCl2 + Mg(OH)2 e) Cálculos:
Determinación de la dureza del agua por el método de Clark:
D Total = ( )
D Total = D Total = 5 ppm
Determinación de la dureza del agua por el método complexométrico:
D Total = ( )
D Total = D Total = 350 ppm f) Conclusiones:
Al comparar los métodos de determinación de la dureza del agua, concluimos que el método complexométrico es más exacto que el método Clark. Concluimos que al agregar una solución de Ca(OH)2 y Na2CO3 al agua de caño, esta disminuyo considerablemente su dureza total mediante los métodos aplicados inicialmente, los resultados obtenidos fueron menores que los del agua de caño sin ablandar.
IV.
RECOMENDACIONES
V.
También podemos concluir que el agua de caño contiene en su mayoría compuestos de los iones Ca +2 y Mg+2, los cuales pasan a compuestos insolubles de calcio y magnesio que se precipitan al no poder ser disueltos por el agua.
Para quitarle la dureza al agua también se puede hacer uso de una olla de presión, la cual hará que el consumo de energía sea mínimo para hacer hervir el agua, de esta manera disminuir costos; el agua se ablanda con mayor efectividad y con la misma eficiencia q una osmosis.
PICTOGRAMAS NaOH – Corrosivo Usos: En la fabricación de papel, tejidos, etc. Industria petrolera. Riesgos: Altamente corrosivo causa daños a la salud humana. Precauciones: Trabajar en lugares frescos, no exponer al sol.
Ca(OH)2 – Irritante
Usos: Pesticidas, en la industria petroquímica, alimenticia, etc. Riesgos: Irritación por medio de inhalación. Precauciones: Manejar con cuidado, utilizar implementos adecuados.
EDTA – Toxico
Usos: Dosis repetidas pueden causar anomalías en el túbulo distal. Riesgos: principal uso en el ámbito farmacológico.
Precauciones: Tras inhalación tomar aire fresco.
VI.- BIBLIOGRAFIA Whitten-Gayley-Davis/Química General/2 edición en español/LIBEMEX/pág. 668-671 http://www.japac.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=68:agua http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_dura
VII.- CUESTIONARIO 1) El proceso de cal-sosa funciona porque el carbonato de calcio CaCO 3 es mucho menos insoluble que el bicarbonato de calcio y el hidróxido de magnesio Mg(HCO3)2. Al añadir cal apagada Ca(OH) 2 y sosa Na2CO3: HCO3-(ac) + OH-(ac) CO32-(ac) + H2O Ca2+(ac)+ CO32-(ac)CaCO3(s) CaCO3(s) Ca2+(ac)+ CO32-(ac) Kps =[Ca2+][CO32+]=2,8.10 -9 Mg2+(ac) + 2OH- Mg(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Mg2+(ac) + 2OHKps=[Mg 2+][OH-]=1,5.10 -11 2) Como el proceso es Fe2+Fe3+ + e- E°=-0,77V no es espontáneo debido a que E°<0 el Fe3+ tiende naturalmente a reducirse mediante la ecuación Fe 3+ + e- Fe2+ E°=0,77V. Generalmente el Fe se encuentra en forma trivalente Fe 3+ y en niveles muy bajos (0,1 a 0,3mg/L). Debido a las condiciones físico-quimicas el Fe 3+ es mucho menos soluble que el Fe 2+ por lo que el Fe 3+ se encuentra en suspensión en el agua dándole la coloración amarillo parduzca.