UNIVERSIDAD DE LA SALLEIDENTIFICACION DE CONTAMINANTES

QUIMICOS AMBIENTALES.INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

ACIDEZ, ALCALINIDAD, DUREZA Y PH.

Linda Barrios1, Sebastian Díaz1, Luis Carlos Molano1, Daniela Garzón1.

Fecha de realización de la practica: 26/08/2015; Fecha de entrega del informe: 02/09/2015.

Resumen

En la siguiente práctica se realizó la determinación de la acidez, alcalinidad, dureza y pH de una muestra en el laboratorio. La alcalinidad del agua se debe principalmente a sales de ácidos débiles y bases fuertes, estas sustancias actúan como amortiguadoras para resistir la caída de pH resultante a la adición de ácidos, la medición de la acidez tiene por objeto cuantificar las sustancias acidas presentes en un determinado cuerpo de agua o solución acuosa. Se llevó a cabo los procedimientos correspondientes y posteriormente se realizaron los cálculos necesarios para la determinación de éstos parámetros en la muestra.

Palabras claves: acidez, alcalinidad, dureza, pH, sales, ácidos débiles, bases fuertes.

Abstract

The following practical determining acidity, alkalinity, hardness and pH of a sample was conducted in the laboratory. Water alkalinity is mainly salts of weak acids and strong bases, these substances act as buffer to resist pH drop to the resulting acid addition measuring acidity is intended to quantify the acid substances in a given body of water or aqueous solution. Carried out the procedures and then the calculations necessary to determine these parameters in the sample were made.

Keywords: acidity, alkalinity, hardness, pH, salts, weak acids, strong bases.

1 Universidad de la Salle. Ingeniería ambiental y sanitaria. Sexto semestre.

1. Marco Teórico.

1.1 Acidez.

La acidez de una muestra de agua, es por definición la capacidad para reaccionar con una base fuerte hasta un valor determinado de pH.La acidez y la basicidad constituyen el conjunto de propiedades características de dos importantes grupos de sustancias químicas: los ácidos y las bases. Las ideas actuales sobre tales conceptos químicos consideran los ácidos como dadores de protones y las bases como aceptoras.La acidez en agua puede definirse como su capacidad para neutralizar bases o cómo su capacidad para reaccionar con iones hidroxilo. La determinación de la acidez es de importancia debido a las características corrosivas (debidas principalmente a la presencia de CO2 de las aguas ácidas y al costo que supone la remoción y el control de las substancias que producen corrosión. La acidez también infiere en diferentes procesos biológicos. La causa más común de acidez en aguas es el CO2, el cual puede estar disuelto en el agua como resultado de las reacciones de los coagulantes químicos usados en el tratamiento, o de la oxidación de la materia orgánica, o por disolución de CO2 atmosférico.

1.2 Alcalinidad.

La alcalinidad del agua puede definirse como su capacidad

para neutralizar ácidos o su capacidad para reaccionar con iones hidrógeno, y la acidez como la capacidad de esta para neutralizar bases o reaccionar con iones hidroxilo, la determinación de estos dos parámetros es importante en los procesos de coagulación química, ablandamiento, control de corrosión y evaluación de la capacidad tampona del agua y su papel en la productividad. En aguas naturales la alcalinidad es debida principalmente a la presencia de: Bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, los cuales se forman por la acción del CO2 sobre los materiales básicos del suelo. Por otra parte definimos alcalinidad como la capacidad del agua para aceptar protones. Esta representa la suma de las bases que pueden ser tituladas en una muestra de agua.

1.3 Dureza.

Corresponde a la suma de los cationes polivalentes expresados como la cantidad equivalente de carbonato de calcio, de los cuales los más comunes son los de calcio y los de magnesio.Aún no se ha definido si la dureza tiene efectos adversos sobre la salud. Pero se la asocia con el consumo de más jabón y detergente durante el lavado.La dureza está relacionada con el pH y la alcalinidad; depende de ambos. Un agua dura puede formar depósitos en las tuberías y hasta obstruirlas completamente. Esta característica física es nociva,

particularmente en aguas de alimentación de calderas, en las cuales la alta temperatura favorece la formación de sedimentos.La dureza es una propiedad que refleja la presencia de metales alcalinotérreos en el agua. De estos elementos, el magnesio y el calcio constituyen los principales compuestos alcalinotérreos en aguas continentales. La dureza en el agua es el resultado de la disolución y lavado de los minerales que componen el suelo y las rocas. La dureza es más frecuente en aguas subterráneas, aunque algunos vertimientos de aguas residuales pueden presentan dureza. En relación con la salud la dureza no suele ser un problema para el consumo humano ni de otras especies. Sin embargo tiene efectos adversos sobre muchos usos industriales y domésticos.

1.4 pH.

Coeficiente que indica el grado de acidez o basicidad de una solución acuosa.Una definición rigurosa de pH es bastante difícil de encontrar. En teoría se lo define como el logaritmo negativo de la actividad (que es la concentración en la cual se ha hecho la corrección por fuerzas interiónicas) del ion hidrógeno: pH= -log10 [H+]γH+, pero el coeficiente de actividad γH+ de un ion simple no puede medirse experimentalmente. En la práctica, se supone que la forma de la función pH es aquella que

se mide por el medidor de pH, calibrándose el aparato en diferentes puntos por medio de las soluciones tampones o reguladoras. Se supone que los pH de estos tampones modelos son iguales a los calculados teóricamente.

Figura 1. Escala de pH.2

2. MetodologíaInicialmente se preparó la muestra al 0.02 tomando

2.1 Acidez.

Materiales Bureta digital. Indicador: Naranja de metilo en

solución 0.1% Erlenmeyer 250mL. Titulante NaOH 0.1N

2http://www.taringa.net/comunidades/acuario/ 8762350/APORTE-Enfermedades-por-la-Baja-Alza-en-el-nivel-de-PH.html

Procedimiento

1. Se tomó una muestra de la solución preparada de 25 mL hasta llevarla con agua destilada a un total de 100 mL.

2. Luego se le adicionaron 3 gotas de fenolftaleína.

3. Se empezó a titular con NaOH al 0,02 N hasta obtener un cambio de color de incoloro a rosa.

Tomar en cuenta cuanto fue el volumen total agregado de NaOH.

2.2 Alcalinidad.

Materiales Bureta digital. Indicador: fenolftaleina. Erlenmeyer 250mL. Titulante H2SO4 0.1N

Procedimiento

1. Se tomaron 60 ml de la muestra con una pipeta graduada teniendo cuidado de no agitar la muestra.

2. Se transfirió este volumen a un Erlenmeyer midiendo siempre el pH de la muestra, y seguido a esto se empezó la titulación adicionando el H2SO4 a intervalos de 0.5 ml.

3. Se mezcló muy bien entre cada aplicación del ácido y se midió el pH.

4. Se continuó la titulación con el ácido hasta alcanzar un pH de 8,3 y se registró el volumen consumido de ácido.

5. Se continuó la titulación hasta alcanzar un pH de 4,5 y se registró el volumen.

2.3 Dureza.

Materiales Erlenmeyer 250mL. Titulante EDTA 0.1M Indicador NET. Indicador murexida.

Procedimiento

1. Se selecciona un volumen de la muestra preparada en el laboratorio que requiera no más de 15 mL del reactivo EDTA.

2. Luego adicionar 1mL de solución buffer para calibrar el pH en un intervalo entre 10.0 a 10.

3. Se añade una cantidad máxima de 0,05 g del reactivo indicador NET.

4. Luego añadir poco a poco el titulante EDTA mientras se agita suavemente hasta que desaparezca el color rojizo en la muestra hasta obtener un color azul.

5. Para la determinación del calcio, se toma una muestra de 100 mL de la solución y se le agrega 0,05 g del murexida.

6. Luego se le añade un volumen suficiente de NaOH hasta llegar a un pH básico de 12 o 13 hasta que adquiera un color rosado fuerte.

7. Luego se le agrega poco a poco el titulante EDTA agitando la solución suavemente hasta pasar del rosado fuerte hasta el lila fuerte.

2.4 pH.

Materiales pHmetro.

Procedimiento

1. Se conecta el equipo para el precalentamiento por 15 minutos y dejar el medidor en standby.

2. Luego calibrar la sonda con el patrón de pH 7, continuamente lavarlo con agua destilada.

3. Luego calibrar con el patrón pH 4 para establecer la temperatura.

4. Cuando este calibrado se tiene que introducir el electrodo en cada una de las muestras preparadas al 2%.

5. Tomar el resultado que nos da el pHmetro con la temperatura.

3. Resultados

Para los resultados de acidez se tomaron mL de la muestra de solución H2SO4 al 0,02 y se le aplicaron 4 gotas del indicador fenolftaleina el cual vira de incoloro a rosado en un pH entre 8.0 y 9.8. Se agregó titulante NaOH hasta tener un pH de 8.3. Se anotaron los datos finales de pH y volumen del titulante, descritos en la siguiente tabla:

Tabla 1. pH y volumen del titulante.pH VTITULANTE (mL)

3.46 0.56.30 1.08.30 1.2

Entonces;

AT=V Tit∗M Tit

V Muestra

∗5000

AT=1.2mL∗0.1mol

L100mL

∗50000

AT=60mgCaCO3

L

Para el procedimiento de alcalinidad se tomaron 60mL de la muestra de

solución NaOH al 0,02 y se le aplicaron 4 gotas del indicador naranja de metilo el cual vira de rojo a naranja en un pH de 4.3. Se tomaron los datos iniciales, y se agregó titulante H2SO4 hasta tener un pH de 3.29, se anotaron los datos finales, descritos en la siguiente tabla:

Tabla 2. Datos iniciales y finales alcalinidad.

Datos iniciales Datos finales

T = 20.4 ºC T = 20.7 ºC

pH = 12.6 pH = 3.29

V = 60mL Vtitulante = 42.12mL

Entonces;

AlkT=V Tit∗M Tit

V Muestra

∗50000

AlkT=42.12

mL∗0.05molL

60mL∗50000

AlkT=1755mgCaCO3

LPara la dureza se tomaron 200mL de la muestra de solución CaO al 0,1 M y se le aplicaron 2 gotas del indicador NET y se agregó el titulante EDTA hasta el viraje de vinotinto a azul. Se anotaron los datos finales, descritos en la siguiente tabla:

Tabla 3. Datos iniciales y finales dureza.

Iniciales FinalesV = 200mL T = 19.9 ºC

Concentración = 0.1 pH = 11.39

Entonces;

DT=V Tit∗M Tit

V Muestra

∗100000

DT=1.15

mL∗0.1molL

200mL∗100000

DT=57.5mgCaCO3

L

4. Análisis de resultados

Inicialmente se debe tener en cuenta que la valoración realizada es una valoración ácido fuerte- base fuerte, ya que se realiza con una solución de H2SO4 y NaOH como titulante. Al hacer un análisis detallado de los datos correspondientes al volumen, se aprecia que el pH inicial de 3,26, con tan sólo 1,2 ml de titulante, alcanzó un pH de 8,3 y ya que se utilizo fenolftaleína como indicador, a este punto la solución viro de un color incoloro a uno rosado.

Este fenómeno se explica debido a que el comportamiento de las curvas de titulación de este tipo de valoraciones, tiene un punto de equivalencia correspondiente a 7, y un leve aumento en el volumen de titulante, produce una alteración drástica en el pH de la solución. En la figura 1, se aprecia una curva de titulación de comportamiento ideal de estos dos compuestos, en la que se observa que de pH cercano a 2,5 hasta un pH=11 se necesitan alrededor de 2 mL de titulante

Figura 1. Curva de calibración, ácido fuerte-base fuerte.

Para el caso de acidez, se encuentra una

AT=60mgCaCO3

L

Por tanto, la presencia de carbonatos en la solución tiene un valor considerable.

En los resultados obtenidos para alcalinidad se encontró:

AlkT=1755mgCaCO3

LEste valor, si es comparado con la norma del IRCA, se encuentra por encima del valor recomendado, que corresponde a 200 mg CaCO3/L.

Es por ello, que el valor de titulante utilizado correspondiente a Vtitulante = 42.12mL, puede ser muy alto. Esto debido principalmente a que el valor del pH final= 3,29 se encuentra por debajo del valor al cual el naranja de metilo vira de rojo a naranja que es de 4,3, y teniendo en cuenta que la curva de calibración para zonas más ácidas, índica mayor cantidad de volumen de titulante a utilizar.

Finalmente, al analizar los datos de dureza se encontró:

DT=57.5mgCaCO3

LEste dato corresponde a una dureza de una muestra de agua dulce, o muy blanda y que comparada con los parámetros del

IRCA, cumplen con la norma de agua potable

5. Bibliografía

Alban, K.; Anaya, T.; Castillo, J.; Escobar, D.; Iglesias, L.; Trochez, M. (2014). Acidez, alcalinidad y dureza. Disponible en:https://prezi.com/npvhyibpmtiv/acidez-alcalinidad-y-dureza/

Clalizherga. Determinación de acidez y alcalinidad en el agua. Disponible en: http://es.calameo.com/read/000279659b810afdf6d54

Determinación de la acidez, alcalinidad y dureza total en el agua, (2015). Disponible en:https://quimiambientalutp.files.wordpress.com/2015/03/lab-3-acidez-alcalinidad-durez.pdf

Navarro, P.; Noguera, J.; Romero X. (2005). Acidez y pH. Disponible en: http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/16739/1/acidez_ph.pdf

Guías de laboratorio de química ambiental de la universidad de la Salle.