Dureza Total Y Calcica 1 4d6q34

Análisis de Agua y Desagüe Dureza Total Dureza Cálcica Dureza Magnesiana

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1. Introducción

La Dureza en el Agua es una propiedad ocasionada por la presencia de cationes metálicos Polivalentes. Esta se manifiesta por reacciones entre los cationes de dureza y ciertos aniones (Ejemplo: SO4=, CO3=), los cuales forman incrustaciones.

Que es Dureza?

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1. Introducción

Y ... A que se debe la Dureza?

La Dureza en el Agua se debe principalmente a la presencia de iones Ca+2 y Mg+2. Otros cationes polivalentes (Ejem. Fe+3, Cu+2, etc), pueden estar presentes en pequeñas concentraciones, pero casi siempre son insignificantes.

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Cationes que causan dureza Ca++ Mg++ Sr++ Fe++ Mn++

Aniones HCO3SO4= ClNO3SiO3=

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Como puede observarse, todas las sales incrustantes contienen CALCIO y MAGNESIO y el contenido total de los mismos constituye la denominada DUREZA TOTAL. 6

1. Introducción Los tipos de Dureza Debido a que la dureza puede deberse más que todo a los iones Calcio y Magnesio, esta se puede dividir en tres tipos de Dureza:

• Dureza Total Que involucra a todos los iones metálicos Polivalentes que puedan encontrarse presentes en la muestra.

• Dureza Cálcica Que cuantífica solo la dureza por efecto del ión Calcio.

• Dureza Magnesiana Que cuantifica solo la dureza por efecto del ión Magnesio.

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Dureza de carbonato o dureza temporal: debido a que esta forma se elimina después de una ebullición prolongada: Dureza de carbonato = Sumatoria alcalinidad (CARBONATO + BICARBONATO) Esto es así, cuando la alcalinidad es < dureza total. Dureza no-carbonato: Es la cantidad de dureza en exceso

Dureza Carbonatada: cuando la dureza es numéricamente igual o menor que la alcalinidad debida a carbonatos y bicarbonatos 8

1. Introducción Como se determina la Dureza?

La Dureza se determina en forma volumétrica. Para ello, se utiliza un agente como titulador (EDTA), el cual forma un complejo incoloro con los iones metálicos Polivalentes a valores de pH controlados.

Punto Final

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1. Introducción Como se determina la Dureza? Indicadores?... NET?. Murexida?

Debido a que estos complejos metálicos son incoloros, debe de utilizarse un indicador de color para detectar en forma visual el punto final de la Titulación. Para dureza total se utiliza como indicador el “NET”.

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2. Fundamentos del Método Volumetria

50 mL

25 mL

10 mL

1 mL

20 mL

5 mL

Debido a que el análisis volumétrico utiliza relaciones de volúmenes exactos, es esencial adoptar un estándar definido para una unidad de volumen y calibrar todo el material de vidrio para cumplir con ese estándar. El material de vidrio para la medición que se utiliza con más frecuencia son: Buretas, Pipetas y Matraces o Frascos Erlenmeyer 13

2. Fundamentos del Método Indicador de Color: NET Es importante recordar que cada uno de estos indicadores presentan un pH de Trabajo adecuado para el cambio de color

El Indicador de color que se utiliza para la determinación de color en Dureza Total es el “Negro de Eriocromo T”, también conocido como NET. Para la determinación de Dureza Cálcica se utiliza “Murexida”, también conocido como “Purpurato de Amonio”. Estos son agentes quelantes que cambian de color al encontrarse en forma libre en la solución. 14

2. Fundamentos del Método Reacciones Reacción: EDTA – Ca+2, Mg+2

EDTA + M+2

EDTA[Ca+2]

M = Ca y/o Mg pH = 10 ± 0.1 EDTA = Incoloro EDTA : M+2 = (1 : 1) EDTA[Ca+2] = Incoloro

C C

N C O C

C

O

C O

O Ca

N

O C O

C C

C O

O

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2. Fundamentos del Método Reacciones Reacción: NET – Mg+2

NET + Mg+2

NET(Mg+2) C

pH = 10 ± 0.1 NET = Azul NET : Mg+2 = (1 : 1) NET(Mg+2) = Violeta

N

C

Mg

O

N

C

O

C

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2. Fundamentos del Método Reacciones Reacción Total: (Muestra) M+2 + NET (Incoloro, M = Ca y Mg)

(Sólido)

(Muestra) M+2 + NET(Mg+2) + EDTA (Solución Violeta)

(Incoloro)

NET(Mg+2) + M+2 (Violeta)

NET(Mg+2) + EDTA(M+2) (Violeta pálido)

NET(Mg+2) + EDTA(M+2)

NET + EDTA(Mg+2)

(Violeta pálido)

(Azul)

(Punto Final de Titulación)

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Interpretación de la Dureza  Dureza como CaCO3

0-75 75-150 150-300 > 300

Interpretación agua suave agua poco dura agua dura agua muy dura

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PROBLEMAS CAUSADOS POR LA DUREZA Los dos principales problemas que presentan las aguas duras son debidos a la formación de precipitados y a la incrustación. Ambos inconvenientes repercuten de la misma manera en el agua de utilidad doméstica que en la de uso industrial. 19

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA DUREZA Otro de los inconvenientes de estos precipitados es que se depositan en las telas apagando los colores y amarilleando o agrisando las telas blancas. Estas se vuelven más frágiles y ásperas acortandose su vida. Para intentar paliar estos inconvenientes se utilizan lejías y los denominados suavizantes, llegándose a la conclusión que estos productos añadidos a la cantidad de detergente que se desperdicia representa un costo más elevado que el tratamiento de descalcificación. 20

PROBLEMAS CAUSADOS POR LA DUREZA Un inconveniente añadido, que suele presentarse sobre todo en uso doméstico, es que los precipitados de "jabón cortado" en unión del polvo, fibras, papel, cabellos, etc; tienden a depositarse en las conducciones de desagüe, sobre todo en los codos, produciéndose su atascamiento. El agua dura también influye en la preparación de los alimentos, particularmente en la cocción de legumbres ya que el calcio y el magnesio reaccionan con un constituyente de las mismas, formando un compuesto insoluble que retarda el proceso de cocción, con el consiguiente gasto de energía calorífica que ello 21 representa.

INCRUSTACIONES La tendencia a la precipitación de las sales cálcicas y magnésicas, formando incrustaciones, es el inconveniente más grave que presentan las aguas duras. Esto es debido a que el calcio y el magnesio se encuentran normalmente en el agua en forma de bicarbonatos los cuales son solubles, pero por diferentes causas, se transforman en carbonatos insolubles causantes de las incrustaciones. Uno de los factores que influye en la descomposición de los bicarbonatos es el calor. 22

INCRUSTACIONES Sin embargo la formación de incrustaciones se produce de igual manera en agua fría que caliente, ya que aparte de la temperatura también influyen factores como el pH, gas carbónico disuelto y combinado, etc.

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INCRUSTACIONES Las tuberías por las que circula agua dura, caliente o fría, se van obstruyendo con la consiguiente disminución de su sección útil. En el caso de instalaciones de bombeo se necesitan mayores potencias para obtener las mismas condiciones iniciales de caudal y presión. La formación de incrustación llega a taponar totalmente las conducciones. 24

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Parte Experimental

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3. Parte Experimental 3.1 Objetivos Determinar la Dureza en muestras de Agua Potable, Agua Subterránea y Agua Superficial, utilizando el método Titulométrico con EDTA 3.2 Interferencias Interfieren iones metálicos diferentes de Ca+2 y Mg+2 (errores de apreciación visual y/o errores positivos). Estas se eliminan adicionando NaCN sólido en pequeñas cantidades.

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3. Parte Experimental 3.3 Material de Vidrio

02 Frasco Erlenmeyer de 250 mL 01 Bureta Graduada de 50 mL 01 Probeta Graduada de 50 mL

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3. Parte Experimental 3.4 Reactivos • Sal Disodica del Etilen Diamino Tetracético (EDTANa2) • Negro de Eriocromo T (NET)

• Purpurato de Amonio (Murexida) • Solución amortiguadora

• Solución inhibidora

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3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Total 2. Determinación de Muestras y Blanco Seleccionar el volumen adecuado de muestra o una alícuota de la misma (complete el volumen a 50 mL con agua libre de Calcio y Magnesio), y transfiérala a un matraz Erlenmeyer de 250 mL. Utilice la siguiente tabla como una referencia para seleccionar el volumen de muestra: Volumen (mL)

Rango de Concentración (mg CaCO3/L)

50

0 - 300

25

300 - 600

10

600 - 1500 36

3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Total 2. Determinación del Blanco Tomar 50 mL Transferir cuantitativamente a un frasco erlenemeyer de 250 mL Agregar 2 mL de Solución Amortiguadora pH = 10 ± 0.1

Agitar para uniformar

Dejar reposar por 1 minuto

Nota : El Blanco debe de tener el mismo volumen que la muestra 37

3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Total 2. Determinación del Blanco Agregar 1 mL de Inhibidor

Agregar NET Bureta a nivel Cero de consumo

Agitar para disolver y uniformizar

Titulación

Anotar el consumo del Blanco como VBk (por lo general este no excede los 0. 2 mL)

Punto Final 38

3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Total 3. Determinación de Muestras Tomar 50 mL Transferir cuantitativamente a un frasco erlenemeyer de 250 mL Agregar 2 mL de Solución Amortiguadora pH = 10 ± 0.1

Agitar para uniformar

Dejar reposar por 1 minuto

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3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Total 3. Determinación de Muestras Agregar 1 mL de inhibidor

Agregar 2 gotitas de NET

Bureta a nivel Cero de consumo

Agitar para disolver y uniformizar Titulación

Anotar el consumo de la Muestra como VDT Punto Final 40

3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Cálcica 2. Determinación del Blanco Tomar 50 mL Transferir cuantitativamente a un frasco erlenemeyer de 250 mL Agregar 2 mL de Solución NaOH 1 N

Agitar para uniformar

Dejar reposar por 1 minuto

Nota : El Blanco debe de tener el mismo volumen que la muestra 42

3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Cálcica 2. Determinación del Blanco Bureta a nivel Cero de consumo

Agregar 2 a 3 gotas de Murexida

Agitar para disolver y uniformizar

Titulación

Punto Final

Anotar el consumo del Blanco como VBk (por lo general este no excede los 0. 2 mL) 43

3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Cálcica 3. Determinación de Muestras Tomar 50 mL Transferir cuantitativamente a un frasco erlenemeyer de 250 mL Agregar 2 mL de Solución NaOH 1 N

Agitar para uniformar

Dejar reposar por 1 minuto

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3. Parte Experimental 3.7 Procedimiento • Dureza Cálcica 3. Determinación de Muestras Bureta a nivel Cero de consumo

Agregar 0.1 a 0.2 gramos de Murexida

Agitar para disolver y uniformizar

Titulación

Punto Final

Anotar el consumo del Blanco como VCa 45

3. Parte Experimental 3.8 Cálculos 2. Dureza Total La Dureza Total se obtiene de la siguiente ecuación:

Dureza Total = (mg CaCO3/L)

(VDT – VBk) x F x 1000 mL de Muestra utilizada

Donde:

VDT = Volumen de EDTA gastado en la Titulación VBK = Volumen de EDTA gastado en la Titulación del Blanco F

= Factor Volumétrico de la Solución EDTA 0.01 M

Ejemplo: Si el Volumen de la muestra es de 25 mL, el volumen de EDTA gastado en ella es de 22.4 mL, el volumen de EDTA gastado para el blanco es de 0.1 mL y el factor Volumétrico es de 1.08 mg de CaCO3/mL EDTA, entonces la Dureza de la muestra será de 963.4 mg CaCO3/L o 963.4 ppM. 46

3. Parte Experimental 3.8 Cálculos 3. Dureza Cálcica La Dureza Cálcica se obtiene de la siguiente ecuación:

Dureza Cálcica = (mg CaCO3/L)

(VCa – VBk) x F x 1000 mL de Muestra utilizada

Donde:

VCa = Volumen de EDTA gastado en la Titulación VBK = Volumen de EDTA gastado en la Titulación del Blanco F

= Factor Volumétrico de la Solución EDTA 0.01 M

Ejemplo: Si el Volumen de la muestra es de 25 mL, el volumen de EDTA gastado en ella es de 19.2 mL, el volumen de EDTA gastado para el blanco es de 0.1 mL y el factor Volumétrico es de 1.08 mg de CaCO3/mL EDTA, entonces la Dureza de la muestra será de 825.1 mg CaCO3/L o 825.1 ppM. 47

3. Parte Experimental 3.8 Cálculos 3. Dureza Magnesiana La Dureza debido al Magnesio se calcula en forma indirecta, restando la Dureza Cálcica de la Dureza Total: Dureza Magnesiana = Dureza Total - Dureza Cálcica (mg MgCO3/L)

Ejemplo: Si la Dureza Total es de 963.4 ppM y la Dureza Cálcica es de 825.1 ppM. Entonces la Dureza Magnesiana será de 138.3 mg MgCO3/L o 138.3 ppM.

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3. Parte Experimental 3.8 Cálculos 3. Concentración de Calcio y Magnesio (Como elementos) La concentración de estos elementos se calcula multiplicando el valor de concentración de la Dureza Cálcica y Magnesiana por su respectivo factor Gravimétrico: Calcio (mg Ca/L)

= Dureza Cálcica x 0.40

Magnesio (mg Mg/L) = Dureza Magnesiana x 0.24

Ejemplo: Si la Dureza Cálcica es de 825.1 ppM y la Dureza Magnesiana es de 138.3 ppM, entonces la concentración de Calcio será de 330.0 ppM y de Magnesio será de de 33.2 ppM.

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4. Apendice 4.1 Referencias • Standard Methods for the examination of Water and Wastewater. AWWA – 1992. • Procedimientos simplificados para el análisis de aguas, Manual de laboratorio. OPS – 1978.

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