Dureza Total 395i3o

DUREZA TOTAL. I.

OBJETIVOS:   

II.

Determinar la dureza por el método de EDTA. Interpretar los resultados de los análisis en base a la concentración de iones. Determinar dureza calcio y dureza calcio más magnesio el agua(manantial)

FUNDAMENTO TEÓRICO:

AGUAS DURAS: El agua que contiene una concentración elevada de iones calcio (Ca2+), magnesio (Mg+2) y otros cationes y otros cationes divalentes es conocida como agua dura. Se entiende por dureza total la suma de las durezas individuales debidas a los iones de calcio, magnesio, estroncio y bario en forma de carbonato o bicarbonato. La composición química del agua y su contenido en las sales de los iones antes mencionados depende del suelo del que provienen. En los suelos de basalto, arenisca y granito las aguas son muy blandas, con 1-2º d de dureza. Las aguas procedentes de suelos de cal, yeso y dolomita pueden presentar dureza de más de 100º d grados alemanes de dureza.

mg ) GRADO DE DUREZA L 0 – 75 Blandas 75 – 150 Moderadamente blandas 150 – 300 Duras 300 y más Muy duras TABLA N°01. Grado de dureza del agua

CaCO3 (

CAUSAS Y FUENTES DE DUREZA:

La dureza es causada por cationes metálicos polivalentes. Estos iones pueden reaccionar con el jabón para tomar precipitados y con ciertos aniones presentes en el agua para formar costras. Los principales cationes causantes de dureza son los iones bivalentes de calcio, magnesio, estroncio, hierro e ión manganosos. Estos cationes, sumados a los aniones más importantes a los que se asocian aparecen en la tabla 3, en orden de su abundancia relativa en las aguas naturales. Se cree que algunas veces los iones aluminio y férrico contribuyen a la dureza del agua, sin embargo, su solubilidad es tan limitada a los niveles de pH de las aguas naturales que las concentraciones iónicas son insignificantes. Cationes que causan dureza Ca 2

Aniones

Mg  2

SO4 2

Sr  2

CL

Fe 2

NO3

Mn  2

SiO3 2

HCO3

TRATAMIENTO PARA DISMINUIR LA DUREZA. Para disminuir la dureza del agua pueden someterse tratamiento de ablandamiento o desmineralización. En las calderas y circuitos de refrigeración se usan completamente tratamientos internos. La estabilidad de las aguas duras y alcalinas se determina mediante índices específicos.

ELIMINACIÓN DE LA DUREZA: Las operaciones de eliminación de dureza se denominan ablandamiento de aguas. La dureza puede ser eliminada utilizando el carbonato de sodio (o de potasio) y cal. Estas sustancias causan la precipitación del Ca como carbonato y del Mg como hidróxido. Otro proceso para la eliminación de la dureza del agua es la descalcificación de ésta mediante resinas de intercambio iónico. Lo más habitual es utilizar resinas de intercambio catiónico que intercambian los iones calcio y magnesio presentes en el agua por iones sodio u otras que los intercambian por iones hidrógeno. La dureza se puede determinar fácilmente mediante reactivos. La dureza también se puede percibir por el sabor del agua. Es conveniente saber si el agua es agua dura, ya que la dureza puede provocar depósitos o incrustaciones de carbonatos en conducciones de lavadoras, calentadores, y calderas o en las planchas. Si ya se han formado, se pueden eliminar con algunos productos antical existentes en el mercado, aunque un método muy válido para conseguir

disolver los carbonatos es aplicar un ácido débil (acético, cítrico, etc.) en los depósitos.

PROBLEMAS DE SALUD E INDUSTRIALES: La dureza total de las aguas es un componente con bastante significación en la calidad físico-química. No se conocen con claridad los efectos de las aguas blandas y duras sobre el organismo de los consumidores, aunque ciertos estudios epidemiológicos parecen apuntar a que la incidencia de enfermedades cardiovasculares es mayor en las zonas de consumo de aguas blandas. Por otra parte, las aguas blandas son agresivas y facilitan la disolución de metales de las cañerías, provocando, entre otras enfermedades, saturnismo o intoxicación por plomo en aquellos abastecimientos en que aún se conservan tuberías antiguas de plomo. El uso de las aguas duras tanto a nivel doméstico como industrial tiene graves inconvenientes. En el lavado se produce precipitación del jabón por el calcio y el magnesio, en la cocción de legumbres y en la industria puede presentarse problemas de incrustaciones.

CAUSAS Y FUENTES DE DUREZA: La dureza es causada por cationes metálicos polivalentes. Estos iones pueden reaccionar con el jabón para tomar precipitados y con ciertos aniones presentes en el agua para formar costras. Los principales cationes causantes de dureza son los iones bivalentes de calcio, magnesio, estroncio, hierro e ion manganosos. Estos cationes, sumados a los aniones más importantes a los que se asocian aparecen en la tabla 3, en orden de su abundancia relativa en las aguas naturales. Se cree que algunas veces los iones aluminio y férrico contribuyen a la dureza del agua, sin embargo, su solubilidad es tan limitada a los niveles de pH de las aguas naturales que las concentraciones iónicas son insignificantes. Principales cationes que causan la dureza del agua y los principales aniones asociados con ellos: Cationes que causan dureza Aniones 2 Ca HCO3 Mg  2

SO4 2

Sr  2

CL

Fe 2

NO3

Mn  2

PRINCIPIOS

SiO3 2

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 eriocromo negro ( ENT ), que hace que se forme un complejo de color púrpura, enseguida se procede a titular con EDTA (sal disódica) hasta la aparición de un color azul .

REACCIONES: Ca2+ + Mg2+ + Buffer PH 10 ---------> Ca2+ + Mg2+ + ENT ---------> [Ca-Mg--ENT] complejo púrpura [Ca-Mg--ENT] + EDTA-------->[Ca-Mg--EDTA] + ENT color azúl

DUREZA. A. DUREZA DEL AGUA. La dureza del agua es una propiedad ocasionado por la presencia de cationes metálicos polivalentes. Se manifiesta por reacciones entre los cationes de dureza y los jabones que forman precipitados y entre los cationes de dureza y ciertos aniones (por ejemplo, S042- CO 3 ) para formar incrustaciones. La dureza de las aguas naturales se debe en gran parte a los iones Ca+2 y Mg+2 Otros cationes polivalentes pueden estar presentes en cantidades más pequeñas y casi siempre insignificativas. Con frecuencia la dureza se mide a través de la aplicación del principio de quelación. La mayoría de los iones metálicos son capaces de compartir pares de electrones con un donante, especie que tiene un par de electrones libre para formar un enlace de coordinación. Si una molécula o ion tiene más de un par de electrones libres para compartirlo con un ion metálico o especie similar, se le llama un agente quelante. El complejo se llama quelato. Su estabilidad se relaciona con el número de enlaces de coordinación que puede formarse entre el agente quelante y el ion metálico. Uno de los agentes quelantes más comúnmente utilizados en la química analítica es el que se emplea en las determinaciones de dureza. Es el ácido etilendiamino (N,N,N,N) tetra acético, abreviado en general como EDTA.

B. LIMITES DE DUREZA. Las aguas pueden clasificarse en términos del grado de dureza en

Aguas blandas

: O a 75 mg/litro como CaC03

Aguas moderadamente duras

: 75 a. 150 mg/litro como CaCO3

Aguas duras

: 150 a 300 mg/litro como CaCO3

Aguas muy duras

: más de 300 mg/litro como CaCO3

C. CAUSA Y FUENTE DE LA DUREZA La dureza de un agua es debido a iones metálicos bivalentes que son capaces de reaccionar con el jabón para formar precipitados y con ciertos aniones presentes en el agua para formar incrustaciones. Los principales cationes causantes de la Dureza en Agua y los principales aniones asociados con ellos son. Ca+2

…….…..

HCO 3

Mg+2

…….…..

S O 4

Sr++

………...

CL-

Fe++

…………

NO 3

Mn2+

…………

SiO 3

D. IMPORTANCIA SANITARIA Las aguas duras no son tan satisfactorias al consumo humano como las aguas blandas, no habiéndose demostrado ninguna correlación entre las aguas con alto contenido de dureza y daños al organismo. Los problemas son más bien del tipo doméstico e industrial:  Consumo de jabón. Debido a su acción adversa de las aguas duras con el jabón, su uso para propósitos de limpieza es insatisfactorio, a menos que el costo del jabón no se tome en cuenta.  Precipitación en las superficies metálicas.  Daños a las calderas  Daños a industrias de tejidos, teñido, procesamiento de alimentos fotografías, etc.

E. TIPOS DE DUREZA Además de la dureza total, es deseable y algunas veces necesario conocer la clase de dureza presente, la dureza puede ser clasificada de dos maneras: a. En Relación al ion metálico y b. En relación a los aniones asociados con los iones metálicos.

Dureza cálcica y Magnésica. Es interesante conocer las cantidades de dureza cálcica y dureza magnésica presentes en el agua. Por ejemplo, es necesario conocer la dureza magnésica o de Mg++ para calcular la cantidad de cal requerida en el ablandamiento cal-soda. La dureza cálcica y la magnésica pueden ser calculados partiendo del análisis químico completo; calculado la dureza debido a cada ion en particular se tiene: Dureza total — Dureza cálcica = Dureza magnésica (cálculos en mEq/L) Este procedimiento es razonablemente preciso, pues en la gran mayoría de las aguas naturales la dureza es debida a estos 2 cationes.

Dureza carbonática y no carbonática Aquella parte de la dureza total que es químicamente equivalente a los bicarbonatos presentes en el agua se considera como dureza carbonática. Como el bicarbonato es generalmente medido como alcalinidad y expresado en términos de CaCO3 la alcalinidad en la mayoría de las aguas naturales se considera igual a la dureza carbonática. Alcalinidad (en mg/L) = Dureza carbonática (en mg/L). Se pueden presentar dos casos: a) Cuando la alcalinidad es < que la dureza total entonces: Dureza carbonatada (mg/l) = Alcalinidad (mg/L) b) Cuando la alcalinidad es > o = a la dureza total, entonces: Dureza carbonatada (mg/l)=dureza total (mg/l) Se menciona los bicarbonatos en especial porque son la fuente de iones carbonatos para precipitar el Ca2+ como CaCO3 a temperatura elevada o en el "ablandamiento" con cal. También se puede considerar la dureza carbonática como aquella parte de la

dureza total que se debe a la acción del ácido carbónico de las calizas. La dureza carbonática ha sido llamada Dureza Temporal porque puede precipitar por calentamiento a temperatura elevada. III.

MATERIALES Y REACTIVOS:

MATERIALES:      

Bureta. Soporte universal pinzas. Pipetas. Matraz Erlenmeyer. Toalla.

REACTIVOS:       

IV.

Muestra (agua de manantial) Solución preparada de EDTA (0.013M y 0.015125). Purpurado de amonio (murexida). Solución tampón (pH = 10). Eriocromo negro. Agua destilada Q.P. NaOH.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO Nº 1 – DETERMINACION DEL CALCIO:  Pipetear 25Ml de muestra en un matraz Erlenmeyer.  Añadir 1mL de NaOH.

 Y aproximadamente (MUERXIDA).

2.5

mg

de

purpurado

de

amonio

2.5 mg de MUREXIDA

 Valorar con EDTA (0.0103N) hasta que vire de color rojo naranja a púrpura y anotar el volumen de gasto del EDTA.

EXPERIMENTO Nº 2 – DETERMINACION DE CALCIO MÁS MAGNESIO:   

Pipetear 25mL de muestra en un Erlenmeyer de 250mL. Añadir 1mL de la solución tampón. Agregar 3 gotas de NET (ericromo negro T).



Valorar con EDTA hasta que el líquido vire de rojo vino a azul violáceo. Anotar el gasto del EDTA (0.05125M).



DATOS: EXPERIMENTO Nº 1 – DETERMINACION DEL CALCIO:  Volumen de muestra =10 mL  Volumen de gasto = 3.25ml  Normalidad del EDTA =0.0102N  mmolCaCo3. = 0.1

EXPERIMENTO Nº 2 – DETERMINACION DE CALCIO MÁS MAGNESIO:    

Volumen de muestra =10 mL Volumen de gasto = 6 ml Normalidad del EDTA = 0.0102 N MmolCaCO3 = 0.1

V.

CÁLCULOS:

PARA EL CALCIO: (V * M ) EDTA * mmolCa *10 6 mg Ca( )  L mL de muestra

Ca(

mg (3.25ml * 0.0102 M ) EDTA * 0.040 * 10^6 ) L 25mL

Ca(

mg )  132 .6 L

PARA EL CALCIO + MAGNESIO (DUREZA TOTAL): CaCO3(

meq (V * M ) EDTA * mmolCa * 10 6 ) L mL de muestra

mg (6 * 0.0102 ) EDTA * 0.1 * 10^6 ) L 10 mg CaCO3  612 CaCO3 L

CaCO3(

FINALMENTE CALCULAMOS LA CANTIDAD DE MAGNESIO:

Mg (

mg  Dureza total Calcio  24.3 )  * L 50 20  2 

Mg (

mg  612 132.6  24.3 )  * L 20  2  50

Mg (

mg )  68.16 L



SI: ALCALINIDAD < D.T. D. carbonatica (CaCO3) = alcalinidad



SI: ALCALINIDAD > D.T. D. carbonatica (CaCO3) = D.T.

DETERMINACION DE LA DUREZA CARBONATADA: Cuando la alcalinidad es menor a la dureza total, entonces: Dureza carbonatada (mg/l) = alcalinidad (mg/l) Dureza total = 612 mg /l de CaCO3 Alcalinidad = 424.2mg/L CaCO3 Dureza carbonatada = alcalinidad = 424.2 mg /l de CaCO3

DETERMINACION DE LA DUREZA NO-CARBONATADA: Dureza no carbonatada = 612 mg /l de CaCO3 –424.2mg/L CaCO3 Dureza no carbonatada = 187.8 mg/L CaCO3 El exceso de iones metálicos monovalentes (Na+, K+). Incluye la dureza no carbonatada sulfatos, cloruros y nitratos de calcio y magnesio. VI.

DISCUSION A LOS RESULTADOS: Realizando una interpretación de acuerdo al ECA-002-2008, la cantidad máxima de dureza carbonatica es 500 mg/l; lo que indica que nuestro resultado es aceptable. Según los datos obtenidos en el laboratorio, el agua del manantial esta aceptable, ya que su dureza carbonatada es de 424.2mg/l. Dureza como CaCO3 Interpretación 0-75 agua suave 75-150 agua poco dura 150-300 agua dura > 300 agua muy dura ______________________________________ Según la interpretación del cuadro vemos que la muestra del (agua de manantial) es: AGUA MUY DURA. TABLA 03. Interpretación de la dureza  

En agua potable El límite máximo permisible es de 300 mg/l de dureza. En agua para calderas El límite es de 0 mg/l de dureza

VII.

CONCLUSIONES:  La dureza del agua dependen del suele del que vienen, no es buena en usos domésticos.  El agua dura no es un riesgo para la salud.  El agua es un buen solvente y toma impurezas fácilmente. Como el agua se mueve a través de suelo y roca, disuelve los minerales y los mantiene en solución. El calcio y el magnesio disueltos en el agua son los dos minerales más comunes que hacen el agua "dura".

VIII. BIBLIOGRAFIA:  MIRANDA .N (2010) “tecnología de aguas – control de calidad” Edición 03, editorial econocopy - Puno Perú