1

El mundo del agua

Sesiones de experiencias para práctica de

docentes y alumnos

¿Cómo estudiar el agua?

¿Con qué instrumentos y métodos se encaran estos estudios?

Ventajas que representa el GEAMI para el estudio experimental de las ciencias

Como es sabido, dos tercios de la superficie de la tierra está cubierto por agua, pero el

97% de esa agua es salada, o sea no bebible. Más del 2% restante está confinada en

los glaciares y en los casquetes polares.

Por esta razón, los glaciares constituyen una reserva muy valiosa de agua potable.

Menos del 1% restante está confinada en la superficie o en acuíferos subterráneos.

En resumen, toda el agua disponible para uso humano es menos del 1% del total de

agua que tiene la tierra. Por lo expuesto, el agua potable es un verdadero tesoro para la

humanidad y debemos cuidarla y estudiarla como tal.

2

El mundo del agua ¿Cómo estudiar el agua?

La ciencia de la limnología está relacionada con el estudio de los ecosistemas acuáticos. En

Argentina se ha creado el Instituto de Limnología “Dr. Raúl A. Ringuelet” en homenaje al

ilustre científico argentino. Este Instituto del CONICET tiene como objetivo central el estudio

ecológico de las aguas continentales de la Argentina a través de un enfoque integrado de los

procesos físicos, químicos, geológicos y biológicos originados en los ambientes acuáticos.

Particularmente, es de interés estudiar la calidad de agua que bebemos y usamos para la vida

diaria y la irrigación. Aún el 1% del agua disponible no toda tiene la misma calidad, por lo

tanto, es necesario estudiar sus propiedades, entre ellas:

Oxígeno Sólidos Bacterias

disuelto disueltos

AGUA

Temperatura Acidez Turbidez

¿Con qué instrumentos y métodos se encaran estos estudios?

En el mundo contemporáneo que vivimos estamos utilizando tecnologías diariamente, tales

como computadoras, interfaces electrónicas varias, cámaras fotográficas digitales, teléfonos

celulares, I pod, tablets, microchips, software de todo tipo, etc.

Los instrumentos que debemos utilizar para los estudios sobre el agua también forman parte

de ese mundo tecnológico, es decir, también debemos incorporar computadoras, sensores, in-

terfaces, microchips, software y demás inventos contemporáneos. En otras palabras, la socie-

dad vive en el mundo tecnológico del siglo XXI, en el cual también deben estar incluidas las

instituciones, y en particular, la educación.

Como se indicó en la Introducción, se utiliza el Gabinete de Experimentación Asistida por

Medios Informáticos (GEAMI). A continuación se plantea una serie de experiencias para es-

tudio del agua.

3

Sesiones Experimentales sobre calidad de agua

Índice

1. Sesiones experimentales para la determinación de temperaturas de agua y soluciones

Sensor de temperatura

Experiencias sobre reacciones endotérmica y exotérmica

Propuesta de experiencias en el medioambiente

2. Sesiones experimentales para la determinación de acidez de agua y soluciones

Ácidos y Bases

Equilibrio químico

Constante de disociación del agua

Definición de pH

Sensor de pH de soluciones

Medición de pH de algunas soluciones acuosas de uso doméstico

Propuesta de experiencias en el medioambiente

3. Sesiones experimentales para la determinación de turbidez de agua y soluciones

Sensor de turbidez

Propuesta de experiencias en el medioambiente

4. Sesiones experimentales para la determinación de sólidos disueltos en aguas

Instrumento utilizado para determinar la existencia de iones en aguas

Conductividad eléctrica de soluciones

Medición de conductividad eléctrica de soluciones

Estudio de la conductividad de soluciones en función de la concentración de soluto

Propuesta de experiencias en el medioambiente

5. Sesiones experimentales para la determinación de oxígeno disuelto en agua

Instrumento utilizado para determinar concentraciones de oxígeno disuelto en agua

Medición de concentración de oxígeno disuelto en agua destilada

Propuesta de experiencias en el medioambiente

4

1. Sesiones experimentales para la determinación de temperaturas de agua

y soluciones

Sensor de temperatura

En las experiencias de medición

de temperatura que se describen

se utiliza como termómetro un

transductor de temperatura.

Consta de una barra de acero

inoxidable de 10,5 cm de longi-

tud y 0, 4 cm de diámetro. La

parte por la cual se empuña tiene

una longitud de 5 cm. Puede ser

usado en líquidos, soluciones,

ácidos y bases. Cuando está en

contacto con un gas o líquido o

sólido, el dispositivo básico que

acusa la temperatura es un ter-

mistor, el cual emite una señal

eléctrica proporcional a la tempe-

ratura de equilibrio entre los ob-

jetos.

Un circuito electrónico incorporado conforma la señal transmitida a la interfaz. La respuesta

de amplitud eléctrica es proporcional a la temperatura en un rango de – 40º C a 135° C, con

una precisión de 0,2° C a 0° y 0,5° C a 100° C. Este sensor se acopla a la interfaz y

computadora constituyendo un sistema de medición GEAMI TEMPERATURA. Al conectar

el sensor, automáticamente se calibra. Ver Fig. 1.1.

Figura 1.1. Sistema de registro

de temperatura con un sensor

conectado a una interfaz y

computadora, constituyendo el

sistema de medición GEAMI

TEMPERATURA.

Propuesta de experiencias sobre reacciones endotérmica y exotérmica

Reacción endotérmica

5

Se menciona como ejemplo de reacción endotérmica la reacción entre una solución de ácido

cítrico y bicarbonato de sodio, dando lugar a la producción de agua, dióxido de carbono y ci-

trato de sodio.

. H3C6H5O7 + 3 NaHCO3 3 CO2 + 3 H2O + Na3C6H5O7.

Reacción exotérmica

Se menciona como ejemplo de reacción exotérmica la reacción entre ácido clorhídrico e hi-

dróxido de sodio, dando lugar a agua y cloruro de sodio

HCl + NaOH H2O+ NaCl

Arreglo Experimental

En un vaso de tergopol se vierte una solución de ácido cítrico, se introduce el sensor de tem-

peratura conectado a la interfaz y ésta a la computadora. Luego se echa una cierta cantidad de

bicarbonato de sodio, observando que la temperatura disminuye. La Fig. 1.2 muestra el arre-

glo experimental.

En el caso de reacción exotérmica, se vierte primero una solución de ácido clorhídrico, se co-

loca el sensor de temperatura y se vierte luego hidróxido de sodio, observando que la tempe-

ratura aumenta. La Fig.1.3 muestra los dos gráficos simultáneos.

Figura 1.3. Gráfico obtenido por el sistema de regis-

tro automático de temperatura donde se observan las

variaciones de temperatura de una reacción endotér-

mica y superpuesto el gráfico correspondiente a la

variación de temperatura para una reacción exotér-

mica

Figura 1.2. Arreglo experimental para estudiar

la reacción endotérmica. Se utiliza un agitador

magnético para homogeneizar más rápido la

mezcla.

Profesora de Nivel Secundario invitada a par-

ticipar en talleres Lic. Mariela Scaiola desa-

rrollando la experiencia.

Propuesta de experiencias en el medioambiente

Determinar temperaturas de muestras de agua de diversas procedencias, como ser, agua co-

rriente, de tanques, de lluvia, de piletas de natación, de ríos, de lagos.

Se sugiere hacer registros en las escuelas en tiempos de las 4 estaciones y conformar un mapa

de registro de temperaturas. Se puede establecer correlaciones entre temperatura y oxígeno di-

suelto y crecimiento de plantas acuáticas.

Reacción exotérmica

6

2. Sesiones experimentales para la determinación de acidez de agua y

soluciones

Ácidos y Bases

Según Arrhenius (1884) hay sustancias ácidas (sabor agrio, disolución de metales con libe-

ración de hidrógeno), como el HCl, HNO3, SO4H2, las cuales se ajustan a la simbología HX.

Pueden disociarse en una solución dando lugar al

ión H+ y al ión X -.

Existen otras sustancias, llamadas bases, las cuales se ajustan a la simbología MOH, como

NaOH, Ca(OH)2 y Al(OH)3, las que se disocian en solución dando lugar al

ión OH – (hidroxilo) y al ión M+.

Brönsted y Lowry (1923) propusieron una teoría más general que la de Arrhenius, siendo el

protón el ingrediente fundamental en la definición de ácidos y bases. De acuerdo con esta teo-

ría un ácido es una sustancia que transfiere un protón. Una base es una sustancia que acepta

un protón. Por ejemplo el amoníaco es una base de Brönsted – Lowry que no posee grupo

OH- y en solución toma un ión H+ del agua.

Equilibrio químico

Sean las sustancias A y B que reaccionan y dan lugar a las sustancias C y D. Al principio las

concentraciones de A y B disminuyen rápidamente y las de C y D aumentan desde el valor

nulo. Se llega al equilibrio cuando en un intervalo de tiempo reaccionan un cierto número de

moléculas de A y B para producir C y D y en ese mismo intervalo reaccionan C y D para dar

el mismo número de moléculas de A y B. Simbólicamente, el estado de equilibrio se represen-

ta mediante la relación

A + B C + D.

Cuantitativamente, el estado de equilibrio se indica por la constante de equilibrio correspon-

diente a la reacción indicada, mediante la medición de las concentraciones de cada componen-

te. Las concentraciones se simbolizan mediante corchetes: concentración de A , B, C y D, se

indican [A], [B], [C], [D], respectivamente. La constante de equilibrio se define por el cocien-

te entre los productos de las concentraciones de las sustancias producidas y el producto de las

concentraciones de las sustancias reactivos

[C][D]

K =

[A][B]

Constante de disociación del agua

La auto ionización del agua ocurre independientemente de que haya en solución una base o un

ácido. La correspondiente ecuación de equilibrio iónico es

H2O H+ + OH-

La condición de equilibrio está determinada por la constante correspondiente

7

[H+][OH-]

KH2O =

[H2O]

La concentración del agua no disociada [H2O] puede considerarse constante, por lo tanto se

define una nueva constante

[H+][ OH-] = KH2O [H2O] = K,

llamada producto iónico del agua, cuyo valor es 1,0 10-14 a temperatura normal de 25° C.

Consecuentemente, si se forman x moles del ión H+ por litro de agua, también se forman x

moles del ión OH- , por lo tanto se cumple

x = [H+] = [OH-] = 1,0 10-7.

Definición de pH

Como esta concentración de iones hidrógeno H+ e hidroxilo OH - es muy pequeña, se define

el pH de una solución o potencia de hidrógeno al logaritmo de la concentración de hidrógeno,

con signo negativo

pH = - log x = - log [H+].

o bien [H+] = 10-pH

Para el caso del agua pura resulta pH = - log [H+] = 7.

Todas las soluciones neutras tienen el valor pH = 7; las soluciones ácidas tienen un valor pH

< 7 y las bases un valor pH >7.

Sensor para medir pH de soluciones

Para medir pH de soluciones

acuosas se utiliza un electrodo

especial consistente en un ele-

mento sensor que contiene en su

interior una celda con una con-

centración de referencia de [H+].

Éste se introduce un la solución

que se desea conocer su pH con

otra concentración [H´+]. La dife-

rencia entre las concentraciones

[H+] y [H´+] se traduce en un pul-

so eléctrico cuya amplitud de-

pende de la diferencia de las con-

centraciones mencionadas.

El electrodo se conecta a la interfaz y ésta a la computadora, registrándose en pantalla el valor

del pH medido de la solución.

El rango de medición de pH es de 0 a 14, siendo la resolución de 0,02 unidades de pH. Para

una solución de pH = 7, la amplitud del pulso eléctrico es de 1,75 V. El voltaje incrementa en

8

0,25 V por cada unidad de pH que disminuye y decrece 0,25 V por cada unidad de pH que

aumenta. Para calibrarlo, se utilizan dos soluciones, una con pH = 7 y otra con pH =10. Bus-

car en la pantalla calibración y poner los dos valores, de acuerdo con las instrucciones que

aparecen.

Propuesta de medición de pH de algunas soluciones acuosas de uso doméstico

Arreglo Experimental

Se preparan en diferentes vasos de precipitado soluciones con vinagre, cola, detergente y agua

de la canilla. Se introduce el sensor de pH en cada uno de los vasos, previa limpieza y secado.

Se registra en forma continua el valor de pH, obteniéndose el gráfico de la Fig.2.1. Los valo-

res de pH de cada solución se indican en la Tabla 2.1.

Sustancia

Valor de pH

Agua destilada 6,9

Vinagre 2,4

Cola 3,0

Agua corriente 7,8

Café 6,4

Agua con jabón 7,1

Tabla 2.1. Valores de pH de

algunas soluciones de uso

doméstico.

Propuesta de experiencias en el medioambiente

Determinar el valor de pH de muestras de agua de diversas procedencias como ser de canilla,

de tanques, de lluvia, de piletas de natación, de alcantarilla.

Se sugiere hacer registros en las escuelas en tiempos de las 4 estaciones para estudiar las va-

riaciones y determinar los factores que intervienen en dichas variaciones.

El agua de lluvia suele tener un pH entre 5 y 6,5 debido a que contiene dióxido de carbono

disuelto y otros contaminantes como ser dióxido de azufre u óxidos de nitrógeno. Se propone

colectar directamente agua de lluvia en un recipiente y medir su pH.

Por otra parte, si el agua de lluvia corre sobre terrenos que contienen contaminantes o carbo-

natos e iones de bicarbonatos, su pH aumenta a valores entre 7 y 8,5.

La vida acuática óptima necesita un pH entre 6,5 y 8. Valores de pH menores de 6 y mayores

de 9 resultan letales.

Figura 2.1. Variación del pH

medido cuando se sumerge el

sensor en diferentes solucio-

nes, previo enjuague y seca-

do.

Primer y tercer plateau

pH = 6,9.

Segundo plateau pH = 2,4;

Cuarto plateau pH = 3,0

Quinto plateau pH = 7,8;

Sexto plateau pH = 6,4

Séptimo plateau pH = 7,1;

Octavo plateau pH = 7,8

9

3. Sesiones experimentales para la determinación de turbidez de agua y

soluciones

La turbidez es uno de los parámetros más importantes que define la calidad de agua. La turbi-

dez del agua implica que contiene sustancias o microorganismos, los cuales, en cierta escala,

pueden provocar algún daño en la salud humana o en los procesos de manufactura de alimen-

tos.

La medición de turbidez se realiza a través de una técnica analítica llamada nefelometría, la

cual consiste en determinar la intensidad de luz dispersada por las partículas que contiene la

muestra de agua, en un ángulo de 90ª respecto de la dirección de incidencia del haz de luz de

una determinada longitud de onda.

La unidad de turbidez es la Unidad Nefelométrica de Turbidez (NTU). Los valores regulares

para el agua pueden tener desde 1 a 50 NTU. El agua para beber tiene un valor de turbidez en-

tre 0,5 y 1 NTU. La turbidez se nota por encima de las 5 NTU.

Sensor de turbidez

Los instrumentos utilizados para la determinación de turbidez son llamados nefelómetros o

turbidímetros, los cuales deben cumplir con las siguientes características:

a) la longitud de onda de la radiación incidente sobre la muestra debe ser de 880 nm, corres-

pondiente al infrarrojo. La fuente de luz puede ser un LED.

b) El ángulo entre la dirección de la radiación incidente sobre la muestra y la dispersada debe

ser de 90º 2º.

Para el sistema GEAMI se utiliza un sen-

sor de turbidez, el cual está diseñado pa-

ra determinar la turbidez de una solución

analizando la dispersión que sufre un haz

de luz que incide sobre dicha solución.

El instrumento tiene una cavidad en

donde se inserta una cubeta con la solu-

ción. Delante de la cavidad se ubica un

LED que emite un haz de luz. A 90 º de

la dirección del haz incidente se instala

un detector que detecta la radiación dis-

persada por las partículas que contiene el

agua de la cubeta.

Calibración del sensor de turbidez

La calibración se realiza con dos soluciones. Una, agua destilada. Se llena una cubeta con

agua destilada y se mide la turbidez, poniendo el valor 0 en el sistema de calibración. La otra

es una solución que tiene 100 NTU. Se llena la cubeta con esta solución y se mide la turbidez,

poniendo el valor 100. Con estos dos valores queda establecida la calibración.

De esta manera se puede comenzar las experiencias midiendo la turbidez de diferentes mues-

tras de agua.

Modo de empleo de cubetas

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Las cubetas son de plástico. Hay que tener cuidado de limpiarlas con papel fino y no dejar

marcas de dedos. Se recomienda tomarlas del extremo superior, haciendo una marca, para

siempre ponerlas en la misma posición. Las cubetas deben llenarse entre la mitad y el tope.

Propuesta de experiencias en el medioambiente

Se propone colectar muestras de agua procedentes de diferentes fuentes. Como caso particu-

lar, se han tomado muestras de agua de canilla y agua de alcantarilla.

Arreglo Experimental

Se utiliza un turbidímetro conectado a la interfaz y ésta a la computadora. Sucesivamente se

coloca en la cavidad del turbidímetro la cubeta con las distintas muestras de agua, determi-

nándose directamente la turbidez en NTU.

Obtención de resultados

Se determina cada valor de turbidez, de acuerdo con lo indicado en la Fig.3.1.

Figura 3.1. Registro de

turbidez correspondiente a

agua de canilla y agua de

alcantarilla. Ésta resulta

casi 40 veces más turbia.

11

4. Sesiones experimentales para la determinación de sólidos disueltos en

aguas

Diversas aguas contienen una serie de sólidos disueltos que dan lugar a una serie de iones,

dependiente del origen de las aguas. En aguas con fertilizantes, es común encontrar iones de

NO3-, SO4

2-, entre otros. En aguas urbanas, Na+, Cl-, en agua de lluvia, NO3-, SO4

2, H+.

Los sólidos disueltos en aguas de lagos y corrientes de ríos se encuentran en una concentra-

ción entre 50 y 250 mg/L. El agua para beber no debe contener más de 500mg/L de sólidos

disueltos.

Instrumento utilizado para determinar la existencia de iones en aguas

La forma de detectar la presencia de iones en aguas o soluciones es por medio de estudios de

corriente de iones. Introduciendo electrodos en la solución, conectados a una fuente de ener-

gía, se produce un campo eléctrico E entre los electrodos y, por lo tanto, una corriente eléctri-

ca i de iones, proporcional a la intensidad del campo eléctrico. Cuando se detecta una corrien-

te, el soluto se llama electrolito. Por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl) disuelto en agua

constituye un electrolito, dado que se descompone en el ión H+ y en el ión Cl - .

Es de notar que estos iones están siempre hidratados, o sea rodeados de moléculas de agua.

Cuando se desplazan en la solución, lo hacen con las moléculas de agua. La ionización de un

soluto se interpreta como una reacción química dentro de la solución, por ejemplo:

HCl + H2O H3O+ + Cl- .

El ión H3O+ se llama Hidronio.

Por el contrario, existen solutos como el azúcar, que mantienen su integridad en la solución.

No se fragmentan en iones.

Conductividad eléctrica de soluciones

Al establecerse un campo eléctrico E entre los electrodos sumergidos en una solución, circula

una corriente i de iones, proporcional a dicho campo, siendo la conductividad eléctrica la

constante de proporcionalidad

i = E,

Las dimensiones de = I / E = C s-1 cm-2 / V cm-1 = (A / V) cm-1 = G /cm. La cons-

tante G se denomina conductancia, recíproca de la resistencia eléctrica R del medio. La uni-

dad de conductancia es el Siemens. Como la intensidad de corriente que circula es del orden

del micro ampere, la conductancia se mide en micro Siemens.

La corriente eléctrica i es una magnitud compuesta a la cual contribuyen todas las especies

cargadas eléctricamente que se encuentran en la solución. Por lo tanto, la corriente eléctrica

total es la suma de las corrientes eléctricas producidas por cada especie cargada.

Cada portador de carga contribuye a la conductancia según su concentración y su movilidad,

en forma independiente, o sea que obedecen a una ley de migraciones independientes

(Kohlrausch).

Medición de conductividad eléctrica de soluciones

12

Para medir la conductividad σ

de una solución, recíproca de la

resistividad ρ, se utiliza un sen-

sor específico que posee una

celda de dimensiones dadas,

con dos electrodos. Si bien se

mide la conductancia G, se trata

de determinar la conductividad

σ de una solución, proporcional

a la conductancia G.

σ = GkC

Siendo kC una constante de la celda del sensor kC = d/A

donde d: es la distancia entre los electrodos

A: es la superficie de cada electrodo.

En el caso del sensor usado, d = 1 cm y A = 1 cm², por lo tanto kC = 1 cm-1.

Luego σ = G/cm.

La conductividad resulta igual a la relación conductancia / cm. Por lo tanto, la conductividad

se mide en micro Siemens/cm.

Al aplicar una diferencia de potencial entre los electrodos, circula una corriente eléctrica i,

proporcional a la conductividad de la solución. Esta corriente es convertida en una tensión.

Se puede utilizar en tres rangos

(i) 0 a 200 S/cm

(ii) 0 a 2000 S/cm

(iii) 0 a 20000 S/cm

Calibración

Se procede a calibrar el instrumento en dos posiciones.

1. Valor 0 de calibración utilizando el instrumento en el aire, fuera de todo líquido

2. Valor de solución estándar de NaCl: 1000 S/cm.

Propuesta de estudio de la conductividad de soluciones en función de la concentración de

soluto

Se presenta un conjunto de experiencias relacionadas con la conductividad de soluciones y su

incremento con la concentración de soluto. Sólo se pretende establecer reglas generales cuali-

tativas, dado que las condiciones experimentales y la precisión de los instrumentos utilizados

no permiten realizar estudios cuantitativos rigurosos. Los casos típicos a estudiar son la con-

ductividad producida por los iones disueltos en agua destilada como el cloruro de sodio

NaCl Na+ + Cl- (2 moles de iones por mol de soluto)

13

Cualitativamente, es de esperar, para bajas concentraciones, un aumento lineal de la conducti-

vidad.

Arreglo Experimental

El diseño de la experiencia consiste en disponer de un vaso de precipitado con agua destilada

y agregar gotas de soluciones de NaCl y medir la conductividad de la solución incrementan-

do las gotas de soluto.

Las gotas se echan al agua destilada por medio de una bureta. Se debe homogeneizar la solu-

ción rápidamente, para lo cual se monta el vaso de precipitado sobre un agitador magnético.

Para medir la conductividad de las soluciones se utiliza un sensor de conductividad en el ran-

go de 2000 micro Siemens / cm. La Fig. 4.1 muestra el arreglo experimental descrito. La Fig.

4.2 muestra el registro de conductividad de una solución a medida que se agrega soluto.

Figura 4.1. Arreglo experimental para medición

de conductividad de una solución de NaCl a me-

dida que se agregan gotas de soluto, con agitación

permanente.

Vaso de precipitado sobre agitador con sensor de

conductividad y bureta para echar gotas de solu-

ción NaCl. .

Figura 4.2. Registro de

conductividad de una

solución de NaCl a medida

que se agregan gotas de

soluto, con agitación

permanente.

Los resultados de la Fig. 4.2 se indican en la Tabla 4.1, los cuales se grafican en la Fig. 4.3 y

se obtiene la recta de ajuste de la conductividad en función de la concentración del soluto,

medido en gotas.

14

Conductividad del NaCl

y = 81,321x - 50,821

R2 = 0,9994

0

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8 10Número de gotas de soluto

Co

nd

uc

tiv

ida

d (

mic

ro

S/c

m)

Figura 4.3. Representación grá-

fica de los pares de valores de la

Tabla 9.1. Los puntos experi-

mentales se ajustan con una rec-

ta de pendiente m = 81.

Propuesta de experiencias en el medioambiente

Experiencia 1

Determinar la conductividad de muestras de agua de diversas procedencias como ser canilla,

tanques, lluvia, piletas de natación, alcantarilla. Se sugiere hacer registros en las escuelas en

tiempos de las 4 estaciones para estudiar las variaciones y determinar los factores que inter-

vienen en dichas variaciones.

Como ejemplo, se muestra en la Fig. 4.4 diferentes valores de conductividad para diversas

muestras de agua.

Figura 4.4. Representación grá-

fica de valores de conductividad

de aguas de diferente proceden-

cia

Gotas de soluto Conductividad

( micro S/cm)

1 37

2 112

3 192

5 268

6 435

7 520

8 606

Tabla 4.1. Valores de la conductividad de la solu-

ción de NaCl en función del incremento de soluto,

medido en gotas.

15

Experiencia 2

Como caso particular, es interesante estudiar la salinidad del agua de mar (océano) por medio

de su conductividad. El agua de océano contiene varias sales, pero fundamentalmente, NaCl

en una concentración del 86 % de iones presentes.

La salinidad se mide en partes por mil. Es necesario relacionar las partes por mil con la con-

ductividad producida por esa concentración.

Para ello se coloca en un vaso de precipitado 4,60 g de sal y se vuelca agua destilada hasta mil

mL. Se obtiene una solución salina de 5 partes por mil (ppm). Análogamente, se prepara en

otro vaso otra solución con 9,20 g de sal y se vuelca agua hasta cubrir los mil mL. Se obtiene

una solución de salinidad 10 ppm.

Se determinan las conductividades de ambas soluciones y se obtiene una relación entre con-

centración salina y conductividad, que se muestra en la Tabla 4.2.

Se utiliza un tercer vaso con agua de mar y se mide la conductividad. Interpolando entre los

valores patrones, se determina la concentración salina o salinidad del agua de mar.

La Fig. 4.5 muestra el registro de conductividad del agua de mar.

Figura 4.5. Registro de

conductividad de agua de mar

Conductividad

| |

0 5 10 concentración

(ppm)

Concentraciones

de soluto

Conductividad

( micro S/cm)

5 ppm

10 ppm

¿?

Tabla 4.2. Valores de la conductividad de la so-

lución de NaCl en función de la concentración

en ppm.

Determinación de la concentración para un va-

lor de conductividad de …

16

5. Sesiones experimentales para la determinación de oxígeno disuelto en

agua

La biodiversidad, o sea la diversidad de especies vivientes y de ecosistemas, resulta funda-

mental para el medioambiente en general. Como es sabido, la tierra está perdiendo su biodi-

versidad a una velocidad preocupante.

Flora y fauna acuática intercambian oxígeno, dióxido de carbono, nutrientes y alimentos.

La presencia de dióxido de carbono en aguas de un lago se detecta debido a que se forma áci-

do carbónico, el cual contribuye a aumentar la acidez del agua y, por lo tanto, su pH. En con-

secuencia, la disminución de pH del agua del lago implica que ha habido producción de dió-

xido de carbono.

Para detectar el oxígeno disuelto se recurre a un sensor específico, que se detalla continua-

ción. Es muy importante determinar la concentración de oxígeno disuelto en agua a los efec-

tos de controlar la supervivencia de la vida acuática.

Instrumento utilizado para determinar concentraciones de oxígeno disuelto en agua

El sensor consta de una celda

que contiene un cátodo de

platino y un ánodo de pla-

ta/cloruro de plata y un elec-

trolito de KCl. El contacto de

esta celda con la solución se

realiza a través de una mem-

brana permeable. Se aplica

una tensión fija al cátodo. La

Fig. 5.1 indica un esquema

del sensor, de acuerdo con la

hoja de datos del vendedor.

Figura 5.1. Esquema del sensor de concentración de oxígeno disuelto en solución en contacto con la mem-

brana.

17

Procesos que se realizan en el cátodo y el ánodo

a) Reducción en el cátodo del oxígeno que difunde a través de la membrana

0,5 O2 + H2O + 2e- 2 OH-

b) Oxidación que ocurre en el ánodo

Ag + Cl- ClAg + e-

c) Corriente eléctrica producida

Se produce una corriente eléctrica proporcional a la variación de oxígeno difundido respecto

del tiempo (mg/L/min). Esta corriente se convierte en un voltaje proporcional, el cual es am-

plificado para entrar a la interfaz. Toda la electrónica se encuentra ubicada en el detector

.

Calibración

La calibración del sensor se realiza a través de diversos pasos, indicados en la fotocopia del

manual, insertada en el Apéndice I.

Medición de concentración de oxígeno disuelto en agua destilada

Arreglo Experimental

Se trata de una experiencia delicada, pues hay que tener en cuenta varios factores que afectan

las mediciones, éstos son:

a) La cápsula (celda) del sensor debe ser llenada cuidadosamente con la solución indicada en

el manual, que se adjunta como Apéndice I.

b) La calibración también debe ser muy cuidadosa, particularmente evitar que se formen

burbujas en la lámina de la punta del sensor. Es preciso tener información correcta de la

presión atmosférica para obtener el valor de tablas para la calibración, incluidas en el

Apéndice I.

c) El sensor debe estar prendido con una anticipación de más de 10 minutos a los efectos de

que se estabilice la temperatura interior. Cada vez que se cambian las condiciones experi-

mentales, se debe esperar al menos 1 minuto antes de empezar a registrar la medición.

d) Es preciso agitar la solución con el detector sumergido para que fluya en forma continua

el oxígeno por la lámina. Es indispensable utilizar un agitador magnético para obtener

mediciones coherentes.

e) Las mediciones para cada temperatura deben realizarse al menos durante 10 minutos y

tomar el promedio con la desviación estándar, que debe ser del orden de 0,2 mg/L.

f) Es recomendable comenzar la medición con el sensor sumergido en agua destilada a unos

50º C. Luego ir agregando agua a temperatura ambiente para obtener temperaturas meno-

res, hasta la temperatura ambiente. Estas mediciones pueden realizase colocando el sensor

con agua destilada en un vaso de telgopor. Para determinaciones a más bajas temperatu-

ras, es preciso cambiar de arreglo experimental, colocando el sensor con agua en un vaso

de precipitado, el cual, a su vez, se sumerge en un baño de agua fría. Los correspondientes

arreglos experimentales se muestran en las Fig.5.2.a y 5.2.b.

18

Figura 5.2.a. Arreglo experimental para determinar

oxígeno disuelto en agua destilada a temperaturas en-

tre 50º C y 25º C. Sensor de OD y sensor de tempera-

tura dentro del vaso de telgopor con agua destilada.

Se mide la presión atmosférica con el sensor de pre-

sión. Los tres sensores se encuentran acoplados a la

interfaz.

Figura 5.2.b. Arreglo experimental para determinar

oxígeno disuelto en agua destilada a temperaturas infe-

riores a 25º C. En los dos casos se ubica debajo de los

recipientes el agitador magnético.

Obtención de resultados

Se realizó una primera serie de experiencias tomando valores de concentración de oxígeno

disuelto para cinco valores discretos de temperatura, los cuales figuran en la Tabla 1.5.Las

Figs. 1.13.a y b muestran, respectivamente, la gráfica de los valores medidos de tempera-

tura y de concentración de oxígeno disuelto. Estas mediciones se repitieron para tempera-

turas indicadas en la Tabla 1.5.

Para esta primera serie se ha obtenido una disminución lineal de la concentración de oxí-

geno disuelto a medida que aumenta la temperatura, de acuerdo con la representación grá-

fica de los pares de valores de la Tabla 5.1, indicada en la Fig.5.3-

T (ºC ) OD (mg/L)

12,6 9,24

17,4 8,57

24,7 8,1

31 7,43

34,8 6,98

Tabla 5.1. Valores de OD en agua

destilada, obtenidos para 5

temperaturas entre 12º C y 35º C.

19

Figura 5.3.a.

Representación de los

valores experimentales

de temperatura medida

con el sensor de tempera-

tura sumergido en agua.

Se obtiene un promedio

de 17,4º C.

Figura 5.3.b.

Representación de los va-

lores experimentales de

OD medido con el sensor

sumergido en agua. Se

obtiene un promedio de

8,57 mg/L, para una

temperatura de 17,4 º C.

Figura 5.4. Valores de OD en agua destilada

para diferentes temperaturas. Ajuste por una

función lineal

Medición de Oxígeno disuelto en agua en

función de temperatura

OD = - 0,1·t + 10,4

R2 = 0,9886

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25 30 35 40Temperatura (º C)

Oxíg

en

o d

isu

elt

o (

mg

/L)

20

Propuesta de experiencias en el medioambiente

Experiencia 1 Tomar muestras de agua de diferentes lugares, ubicar-

las en tubos de ensayo. Poner todos los tubos en baño

maría para que todas las aguas tengan la misma tem-

peratura. Estudiar una por vez, introduciendo el sensor

de OD durante unos 15 min. Confeccionar una tabla

indicando los valores de OD para cada muestra de

agua.

Experiencia 2 Tomar una planta acuática sumergida, como los nenú-

fares, colocarla en agua dentro de un frasco con boca.

Paso 1. Ubicarla a la luz y medir el OD. Debe aumen-

tar porque la planta emite oxígeno.

Paso 2. Envolver el frasco con un papel negro y medir

OD. Debe disminuir porque en la oscuridad, la planta

consume oxígeno.