Determinación de calcio y magnesio en una muestra de agua residual

Determinación de calcio y magnesio en una muestra de agua residual

1. Objetivos

• Determinar la cantidad de calcio y magnesio en una muestra de agua residual a través de valoraciones complexométricas.
• Cuantificar la dureza del agua que se analizará

1. Fundamento

La dureza del agua indica la cantidad total de iones alcalinotérreos (grupo 2) presentes en el agua y constituye un parámetro de calidad de las aguas de interés doméstico o industrial. En las aguas naturales, la concentración de calcio y magnesio es habitualmente muy superior a la del resto de alcalinotérreos, por lo que la dureza es prácticamente igual a [Ca2+] + [Mg2+].

Las reacciones de formación de complejos pueden utilizarse en análisis volumétrico para la determinación de casi todos los iones metálicos. Como agentes complejantes se utilizan con asiduidad algunas aminas con grupos de ácido carboxílico. El ácido etilendiamino-tetraacético (abreviado EDTA) es el más ampliamente utilizado de esta clase de compuestos.

En esta práctica, seguiremos un procedimiento habitual para la determinación de la dureza del agua mediante valoración con EDTA a pH 10 (controlado por un tampón de cloruro amónico/amoniaco) y con negro de eriocromo T como indicador (ver más abajo). Las reacciones de complejación con sus correspondientes constantes aparentes de equilibrio son:

Ca2+ + H Y3− ↔ CaY2− + H+                         KpH10 = 1.75 1010 (2)

Mg2+ + HY3− ↔ MgY2− + H+                        KpH10 = 1.72 108 (3)

ya que a pH 10 la especie del EDTA que predomina es el HY3− (ver figura 2). El pH no debe ser mucho más elevado de 10, ya que se produciría la precipitación de hidróxidos de los metales que se quieren valorar1 y la reacción con el EDTA sería muy lenta. El magnesio, que de todos los cationes comunes multivalentes en muestras típicas de agua es el que forma el complejo menos estable con el EDTA, no se valora hasta que se ha añadido cantidad suficiente de reactivo para complejar los demás cationes de la muestra.

 El punto de equivalencia en una valoración complexométrica se puede determinar mediante la adición de un indicador a la muestra que se compleje más débilmente que el EDTA con los cationes que se quieren valorar y que presente un cambio de color al romperse dicho complejo en presencia del EDTA. En la presente práctica utilizaremos como indicador negro de eriocromo T, un ácido débil cuyo color depende del pH de la disolución. Su comportamiento como ácido débil se puede describir a partir de las ecuaciones:

 H2In− + H2O ↔ HIn2− + H3O+ K2 = 5.0 10−7 (4)

 HIn2− + H2O ↔ In3− + H3O+ K1 = 2.5 10−12 (5)

El H2In− es rojo (pH < 6), el HIn2− es azul (pH 6 a 12) y el In3− es amarillo anaranjado (pH>12). Cuando se adiciona una pequeña cantidad del indicador negro de eriocromo T a la disolución de la muestra, ésta reacciona con ambos cationes dando productos de los cuales el más estable es el que origina el Mg2+ que da un color rojo vino:

 Mg2+ + HIn2− ↔ MgIn− + H+ KpH10 = 1.0 107 (6)

Ca2+ + HIn2− ↔ CaIn− + H+ KpH10 = 2.5 105 (7)

Ya que a pH 10 la especie del indicador que predomina es el HIn2− . El EDTA se asocia antes con el Ca2+, destruyendo el complejo CaIn−. Finalmente, el EDTA se asocia con el Mg2+. La detección del punto final se realiza empleando la siguiente reacción indicadora:

[pic 1]

 Con el fin de evitar la formación de carbonatos insolubles que retirarían cationes de la disolución, impidiendo su detección, las muestras se pueden hervir en medio ácido para eliminar los aniones carbonato en forma de CO2: CO3 2− + 2H+ ↔ CO2 + H2O (9) La concentración individual de calcio y magnesio (durezas específicas) se pueden determinar mediante eliminación por precipitación de uno de los dos cationes. En esta práctica precipitaremos el Ca2+ en forma de oxalato cálcico (CaC2O4).

1. Materiales

• Bureta de 25 ml
• Pinza
• Nuez
• Soporte universal
• Pipeta volumétrica de 10 ml
• Pipeta graduada de 2 ml
• Erlenmeyer de 250 ml
• Matraz de 250 ml
• Matraz de 500 ml
• Probeta de 100 ml
• Ph-metro
• Placa de calefacción
• Frasco lavador
• 2 Beaker de 100 ml
• Vianda

Reactivos

• Ácido etilen-diamino-tetraacético(EDTA) 0.01 M
• Oxalato sódico
• Cloruro amónico
• Negro de eriocromo T
• Hidróxido sódico 0.1 M
• Ácido clorhídrico 0.1 M
• Amoniaco concentrado
• Rojo de metilo

1. Preparación de soluciones

5.         Procedimiento

Determinación de la dureza total del agua

1. Montar la bureta y cargarla con la disolución de EDTA 0.01 M preparada previamente.

 2. Medir en una probeta 100 ml de la muestra de agua y pasarlos al matraz erlenmeyer.

 3. Añadir unas gotas de rojo de metilo. La muestra tomará un color amarillo. A continuación, acidificar la disolución con unas gotas de ácido clorhídrico 1 M. La disolución tomará color rojo.

 4. Hervir suavemente la muestra para eliminar los carbonatos en forma de CO2. El color rojo debe permanecer durante todo el proceso. Si el indicador vira a amarillo, añadir un par de gotas más de HCl.

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