Actividad 3. Práctica 1

INTRODUCCIÓN.

La dureza del agua se define como la concentración de todos los cationes metálicos no alcalinos presentes y se expresa en equivalentes de carbonato de calcio y constituye un parámetro muy importante en la calidad el agua. Esta cantidad de sales afecta la capacidad de formación de espuma de detergentes en contacto con el agua y representa una serie de problemas de incrustación en equipo industrial y doméstico, además de resultar nociva para consumo humano. El término dureza se aplicó en principio por representar al agua en la que era difícil (duro) de lavar y se refiere al consumo de jabón para lavado, en la mayoría de las aguas alcalinas esta necesidad de consumo de jabón está directamente relacionada con el contenido de calcio y magnesio. En esta práctica se determinará la dureza en el agua mineral, por medio de la técnica de titulación. Como se ha mencionado conocer este valor es un indicador de la calidad del agua

MARCO TEORICO

Para empezar hablar de una presencia de calcio y magnesio en una muestra de agua debemos tener claro primero los siguientes conceptos:

Potencial de hidrógeno (pH):

Se define como el logaritmo negativo de la concentración del ión hidrógeno en una solución acuosa o el logaritmo del recíproco de la concentración de iones hidrógeno. El valor del pH es la acidez o alcalinidad de una sustancia expresada en términos de la relación entre la fuerza electromotriz (E) expresada en volts, entre un electrodo de vidrio y uno de referencia cuando se sumergen en el agua, y la fuerza electromotriz (Es) expresada en volts, entre los mismos electrodos cuando se sumergen en una solución reguladora de referencia.

pH = - Log [H+]

Soluciones Reguladoras

Las soluciones reguladoras o “buffer” son capaces de mantener la acidez o basicidad de un sistema dentro de un intervalo reducido de pH, por lo cual tienen múltiples aplicaciones, tanto en la industria como en los laboratorios.

Valoraciones Complejométrica

La valoración complejométrica está basada en la formación de compuestos poco disociados halogenuros de mercurio, cianuro de plata, fluoruro de aluminio. Se suele utilizar la formación de un complejo coloreado para indicar el punto final de la valoración. Las valoraciones complejométrica son particularmente útiles para la determinación de una mezcla de diferentes iones metálicos en solución. Generalmente se utiliza un indicador capaz de producir un cambio de color nítido para detectar el punto final de la valoración.

Indicador Complejométrico

Estos indicadores son colorantes orgánicos que forman quelatos con los iones metálicos en un intervalo de pMe que es característico de cada metal y del colorante.

Ion Complejo

Cuando un ion simple se combina con uno o más iones o con una o más moléculas neutras para formar un nuevo ion, este se denomina ion complejo

Cálculos volumétricos

Los análisis volumétricos (también denominados titulaciones o valoraciones) constituyen un amplio y valioso conjunto de procedimientos cuantitativos muy utilizados en Química Analítica. En los análisis volumétricos se determina el volumen de una disolución de concentración conocida (disolución valorante) que se necesita para reaccionar con todo el analito, y en base a este volumen se calcula la concentración del analito en la muestra.

Tipos

* Valoraciones

ácido-base: reacciones de neutralización.

* Valoraciones Redox: reacciones de oxidación-reducción.

* Valoraciones de precipitación: reacciones de solubilidad-precipitación.

* Valoraciones de formación de complejos o complejometrías: reacciones de complejación.

Neutralización

La reacción entre un ácido y una base se denomina neutralización. Según el carácter del ácido y de la base reaccionante se distinguen cuatro casos:

Ácido fuerte + base fuerte

Acido débil + base fuerte

Acido fuerte + base débil

Acido débil + base débil

En el momento de la neutralización se cumple que el número de equivalentes de ácido que han reaccionado (N • V) es igual al número de equivalentes de la base (N' • V'):

N • V = N' • V' |

Para realizar la práctica se debe considerar la siguiente información para definir adecuadamente el problema:

El agua que contiene en disolución cantidades apreciables de compuestos de calcio y magnesio, que generalmente son cloruros, sulfatos, carbonatos y bicarbonatos se les conoce como agua dura. Cuando el agua hervida, los bicarbonatos se descomponen en carbonatos que precipitan y por ello a la dureza, debida a la presencia de bicarbonatos de calcio y magnesio se le denomina dureza temporal, la cual puede ser eliminada por ebullición

Ca (HCO3)3 → CaCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑

La dureza producida por los compuestos solubles de calcio y magnesio no puede eliminarse de esta manera por lo que se conoce como dureza permanente. Esta se puede suprimir mediante el carbonato de sodio:

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

También puede eliminarse mediante el intercambio de iones empleando zeolitas y ciertos silico aluminatos sódicos sintéticos.

Para la utilización del agua industrial o agua potable, es importante conocer su dureza porque la presencia de ella ocasiona incrustaciones en las calderas industriales y si se ingiere provoca daños a la salud.

La determinación más rápida y accesible para identificar la presencia de calcio y magnesio es la valoración con EDTA. El ion magnesio puede titularse con EDTA a un pH 10 empleando eriocromo negro T como indicador. El calcio que puede estar presente es analizado junto con el magnesio. El calcio forma con el EDTA un complejo más estable que el de magnesio, pero el calcio produce un color muy tenue con el eriocromo negro T. Por consiguiente, cuando una solución contiene calcio y magnesio, la adición de EDTA produce, en 1er lugar, la combinación del ion calcio libre con el EDTA; en 2do lugar lo hace el ion magnesio libre. Finalmente la mínima cantidad de magnesio que estaba combinada con el indicador eriocromo negro T es extraída por el EDTA permitiendo llegar al punto final de la titulación. La cantidad de titulante consumida corresponde a la suma de calcio y magnesio presentes en la solución. Debido a que la reacción entre el complejo de magnesio y eriocromo negro T y el EDTA es un poco mas lenta a temperatura ambiente, la solución se calienta ligeramente para acelerar la reacción del punto final de la titulación.

Para fines de análisis se conoce como dureza total a la suma

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