LA DUREZA TOTAL DEL AGUA

Introducción:

El término dureza se refiere al contenido total de iones alcalinotérreos (Grupo 2) que hay en el agua. Como la concentración de Ca2+ y Mg2+ es, normalmente, mucho mayor que la del resto de iones alcalinotérreos, la dureza es prácticamente igual a la suma de las concentraciones de estos dos iones. La dureza, por lo general, se expresa como el número equivalente de miligramos de carbonato de calcio (CaCO3) por litro. Es decir, si la concentración total de Ca2+ y Mg2+ es 1 mM, se dice que la dureza es 100 mg L-1 de CaCO3 (= 1 mM de CaCO3).

Un agua de dureza inferior a 60 mg L-1 de CaCO3 se considera blanda. Si la dureza es superior a 270 mg L-1 de CaCO3, el agua se considera dura.

La dureza específica indica la concentración individual de cada ión alcalinotérreo. Conocer la dureza total del agua es importante tanto en el sector privado como en el industrial: 1. El agua dura reacciona con el jabón formando grumos insolubles:

Ca2+ + 2RCO2

- → Ca(RCO2)2(s) Jabón Precipitado

R: hidrocarburo de cadena larga, como C17H35− El Ca2+ y el Mg2+ pueden consumir una cantidad importante del

jabón que se utiliza en limpieza. 2. El agua dura deja depósitos sólidos o costras en las tuberías cuando se evapora. El calor convierte los bicarbonatos solubles en carbonatos (por pérdida de CO2) y se forma un precipitado de CaCO3 que puede llegar a obstruir las tuberías de una caldera:

Ca(HCO3)2(aq) � CaCO3(s) + CO2(g) + H2O

La fracción de dureza a causa del Ca(HCO3)2(aq) se denomina

dureza temporal porque este calcio se pierde al calentar por precipitación de CaCO3. La dureza debida a otras sales, sobre todo CaSO4 disuelto, se denomina dureza permanente porque no se elimina por calefacción.

3. El agua dura es beneficiosa en agua de riego porque los iones alcalinotérreos tienden a flocular (formar agregados) con las partículas coloidales del suelo y, como consecuencia, aumenta la permeabilidad del suelo al agua.

4. El agua blanda ataca al hormigón y a otros derivados del cemento.

Fundamento científico:

Para medir la dureza total, en primer lugar, se trata la muestra con ácido ascórbico o con hidroxilamina para reducir el Fe3+ a Fe2+, y con cianuro para enmascarar el Fe2+, el Cu2+ y otros iones metálicos minoritarios. A continuación, se lleva a cabo una valoración complexométrica con ácido etilendiaminotetraacético (AEDT), en medio amoniacal tamponado a pH 10, en presencia de una mezcla de indicadores (negro de eriocromo T y rojo de metilo): 1. Al adicionar el negro de eriocromo T (NET) a la muestra de agua se forman complejos de color rojo, de los cuales el más estable es el de Mg:

Mg2+ + HIn2- � MgIn- + H+

Rojo Ca2+ + HIn2- � CaIn- + H+

Rojo

2. Al valorar con AEDT (H2Y-), el agente complejante destruye en

primer lugar el complejo de Ca: CaIn- + H2Y

- � CaY2- + HIn2- + H+

3. Una vez destruido el complejo de Ca, la adición de más AEDT destruye el complejo de Mg:

MgIn- + H2Y- � MgY2- + HIn2- + H+

Rojo Azul

Cuando el indicador queda libre, la disolución adquiere su color característico al pH de trabajo, azul.

El cambio de color rojo-azul del indicador utilizado no es tan brusco como sería de desear. Por ello, se añade a la disolución un colorante inerte, cuyo color cambia su apariencia antes y después del punto de equivalencia. Añadiendo rojo de metilo (viraje de rojo en medio ácido a amarillo en medio básico) se produce un color rojo antes del punto final y un color verde después del mismo.

Material y reactivos empleados:

- Kit de ensayo VISOCOLOR®alpha Dureza Total. Consta de un reactivo en envase cuentagotas, suficiente para 50 determinaciones con una dureza media de 10 ºd, un recipiente para llevar a cabo el ensayo con marca en 5 mL y una cartulina con instrucciones y tabla de evaluación de resultados.

Figura 1. Material y reactivo utilizado en la determinación de la dureza total de muestras de agua. - Muestras de agua de diversas procedencias Desarrollo:

1. Lavar el recipiente de ensayo repetidamente con la muestra de agua.

2. Llenarlo hasta la marca (5 mL) 3. Añadir el reactivo valorante gota a gota, contando las gotas, hasta que el color de la muestra de agua cambie de rojo a verde.

4. Calcular la dureza de la muestra de agua teniendo en cuenta que una gota corresponde a un grado de dureza total.

Figura 2. Desarrollo del ensayo. NOTA: la práctica se debe hacer con bata y gafas de seguridad y bajo la supervisión de un profesor.

Anexo I: Dureza total, tabla de equivalencias

ºd mg L-1 CaO

mg L-1 CaCO3

mmol L-1

1 10 18 0.18

2 20 36 0.36

3 30 54 0.54

4 40 71 0.71

5 50 89 0.89

6 60 107 1.07

7 70 125 1.25

8 80 143 1.43

9 90 161 1.61

10 100 178 1.78

Anexo II: Posibles interferencias

Los iones Cu(II) pueden retardar el cambio de color del indicador. Si su contenido es alto será necesario enmascararlos. Anexo III: Desecho de disoluciones Los productos de reacción se desechan en envases para desecho de productos orgánicos no clorados.