Determinacion Dureza Del Agua

o. Determinación de la dureza del agua.

OBJETIVOS

Sobre una muestra de agua dura se realizarán las siguientes experiencias:

1. Determinación de la dureza

2. Ablandamiento del agua:

i) Intercambio de iones Ca+2 y Mg+2 por Na+

.

3. Desionización del agua:

i) Intercambio de cationes por H+

.

ii) Intercambio de aniones por OH-

.

Se hará un seguimiento de las experiencias realizando medidas de pH, conductividad iónica y

una estimación del contenido de iones Cl-

e iones Ca+2 en las distintas muestras de agua.

INTRODUCCIÓN

Para referirnos al planeta en el que vivimos, se emplea a veces el término “Planeta Azul”. Esta

denominación pretende ser una imagen de la gran cantidad de agua que contiene, no sólo en los

océanos que representan aproximadamente el 71% de la superficie terrestre, sino en otros

muchos ecosistemas terrestres y en la atmósfera que nos envuelve.1

Tabla 1.- El agua en nuestro planeta

Fuente de agua Volumen de

agua, en Km3

Porcentaje de

agua dulce

Porcentaje total

de agua

Océanos, Mares y

Bahías

1,338,000,000 -- 96.5

Capas de hielo,

Glaciares y

Nieves Perpetuas

24,064,000 68.7 1.74

Agua subterránea 23,400,000 -- 1.7

*Dulce 10,530,000 30.1 0.76

*Salada 12,870,000 -- 0.94

Humedad del

suelo

16,500 0.05 0.001

Hielo en el suelo

y gelisuelo

(permafrost)2

300,000 0.86 0.022

Lagos 176,400 -- 0.013

*Dulce 91,000 0.26 0.007

*Salada 85,400 -- 0.006

Atmósfera 12,900 0.04 0.001

Agua de pantano 11,470 0.03 0.0008

Ríos 2,120 0.006 0.0002

Agua biológica 1,120 0.003 0.0001

Total 1,386,000,000 - 100

Fuente: Gleick, P. H., 1996: Water resources In Encyclopedia of Climate and Weather,

ed. by S. H. Schneider, Oxford University Press, New York, vol. 2, pp.817-823.

1 La atmósfera contiene la nada despreciable cantidad de 12000 km3 de agua. Fuente: Gleick, P. H., 1996: Water resources In

Encyclopedia of Climate and Weather, ed. by S. H. Schneider, Oxford University Press, New York, vol. 2, pp.817-823.

2

Permafrost: capas de hielo subterráneas en regiones polares

(http://www.madrimasd.org/blogs/universo/2008/08/23/99331) Lab. Química II (Grado Química) Curso 2012-2013 Práctica 11 - Pág. 2

El agua en nuestro planeta se encuentra presente en los tres estados, aunque el agua líquida

contenida en los océanos (salada) representa el 97% del total. Los procesos naturales de

evaporación-condensación constituyen el conocido “ciclo natural del agua”3

, en el que la

atmósfera actúa a modo de gigantesco destilador.

El agua es imprescindible para la vida y representa un porcentaje elevado del cuerpo humano y

de la mayoría de los seres vivos.4

Para el ser humano la cadena trófica depende en gran manera

de la disponibilidad de agua dulce para el crecimiento de las especies vegetales que forman su

base y es en este sentido en el que podemos hablar de que el agua es un “bien escaso”, aunque

lo realmente escaso sea la disponibilidad de agua con unas características concretas (baja

salinidad, potabilidad, etc.) para usos agrícolas, industriales y de consumo. Por otra parte, se da

la circunstancia añadida de que el pequeño porcentaje de agua disponible para estos usos está

muy desigualmente distribuido en distintas zonas del planeta, y su escasez representa una seria

amenaza para la vida en determinadas zonas.

El agua es un compuesto termodinámicamente muy estable (ΔHf

= 286,02 kJ·mol -1) y un

disolvente extraordinariamente eficaz debido a su elevado momento dipolar y su facilidad para

formar puentes de hidrógeno. Además interviene en una gran diversidad de procesos químicos,

en los que puede actuar como ácido o como base, como oxidante o como reductor. Por otra

parte, es capaz de disolver una gran diversidad de gases en proporciones elevadas.5

La versatilidad del agua como reactivo, explica que en muy pocas ocasiones se encuentre en

estado puro en la naturaleza. No obstante, la gran cantidad de agua disponible en el planeta hace

innecesaria su obtención a partir de los elementos. Es por esta razón que los procedimientos de

tratamiento y purificación de las aguas adquieren una importancia estratégica para la vida en

nuestro planeta.

El proceso más importante de purificación de aguas lo constituye su propio ciclo natural. El agua

de lluvia, que ha sufrido un proceso de “evaporación → condensación”, es una de las fuentes

naturales de agua pura, aunque contiene partículas de polvo y gran cantidad de gases disueltos,

como N2, O2, CO/CO2, SO3, NO2, responsables estos últimos del fenómeno de la lluvia ácida.

El agua de lluvia, que se almacena en lagos y pantanos y que discurre por cauces fluviales se va

enriqueciendo en sales minerales por un proceso de lixiviación de los minerales que encuentra a

su paso (calizas, dolomitas, creta, etc.).

Dureza de las aguas naturales

Este parámetro de calidad de las aguas describe el contenido global de minerales disueltos

(sobre todo calcio y magnesio), que se manifiestan en forma de depósitos o incrustaciones en las

tuberías de agua caliente, e interfieren en la acción espumante de los jabones. Un agua dura no

es en realidad nociva para la salud humana, (de hecho, no se han descrito contraindicaciones

para la salud humana,6

) pero representa un grave problema técnico de difícil solución cuando la

dureza es excesiva y puede producir importantes perjuicios económicos. En algunos ámbitos, las

aguas duras pueden resultar beneficiosas, por ejemplo para el riego, puesto que contribuyen a

que floculen las partículas coloidales del suelo, lo que incrementa la permeabilidad de los

terrenos arcillosos, dificultando el encharcamiento.

3 http://ga.water.usgs.gov/edu/watercyclespanish.html#global

4 Los porcentajes varían con la edad y la cantidad de grasa acumulada.

Puede representar el 78 % en los bebés o el 55% en un adulto obeso.

5 http://www.engineeringtoolbox.com/gases-solubility-water-d_1148.html

6 http://www.who.int/entity/water_sanitation_health/dwq/gdwq3_es_10.pdf Lab. Química II (Grado Química) Curso 2012-2013 Práctica 11 - Pág. 3

Los componentes más abundantes de las aguas naturales son sales de calcio y magnesio,

fundamentalmente bicarbonatos, cloruros y sulfatos asociados a la tierra y a las rocas. La

contribución de otros iones metálicos presentes, como Fe3+, Al3+ y Mn2+, suele ser pequeña,

puesto que normalmente se encuentran en muy baja concentración. En la práctica se considera

que en una muy buena aproximación la dureza total es la suma de las concentraciones de calcio

y magnesio, ignorando otros posibles cationes metálicos, muy variables en función de los

terrenos atravesados por el agua en su ciclo.

Tanto si es debida sólo al Ca2+, o mayoritariamente al Ca2+ pero con una proporción significativa

de Mg2+, la dureza total se expresa como mg/L equivalentes de CaCO3, (partes por millón, o

ppm, de CaCO3), cálculo que implica realizar una sustitución ficticia de todos los cationes

magnesio presentes por calcio. Un agua es calificada de “blanda” cuando su dureza es inferior a

60 ppm de CaCO3, y se considera “muy dura” por encima de las 120 ppm.

Se suelen distinguir dos tipos de dureza, en función de los efectos producidos por el calor. La

fracción de dureza debida al bicarbonato constituye la denominada dureza temporal. El nombre

se debe a que esta fracción desaparece cuando el agua se hierve, debido a la precipitación de

CaCO3:

Ca2+ + 2 HCO3



 CaCO3(s) + CO2(g) + H2

O

El mismo proceso sucede con Mg2+. La dureza que permanece tras hervir se denomina dureza

permanente y es aquélla asociada a aniones de otras sales (SO4

2

, Cl

, NO3



, etc), que no van a

precipitar por calentamiento.

Determinación de la dureza total en aguas

Antiguamente se determinaba la dureza de un agua por la capacidad que tenía para formar

espuma en presencia de jabón, ya que como se ha indicado los

iones Ca2+ y Mg2+ precipitan los ácidos grasos que constituyen

el jabón, impidiendo la formación de espuma. Aprovechando

este efecto, el procedimiento consistía en una valoración en la

que vertía con ayuda de una bureta, una solución estandarizada

de jabón de Marsella sobre el agua cuya dureza se deseaba

determinar, hasta que se observaba la primera aparición de

espuma persistente.

En la actualidad, se mide la dureza investigando directamente

las concentraciones de Ca2+ y Mg2+. Lo usual es determinar

estos dos cationes conjuntamente por valoración con la sal disódica del ácido

etilendiamintetracético (o EDTA, Na2

H2

Y). El EDTA es capaz

...