Ejemplo Informe De Laboratorio-convertido.docx

INGENIERIA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS LABORATORIO TITULO DE LA PRACTICA

FECHA

día 07

mes 09

ALCALINIDAD Y ACIDEZ EN MUESTRAS DE AGUA año 18 NOMBRE

CODIGO

Juan Camilo Mora Rodríguez María Juliana Gutiérrez López Daniel Felipe García Castillo

2181054 2180787 2180365

INTRODUCCION

La alcalinidad es la medida de la capacidad del agua para resistir los cambios en el pH. La acidez es la habilidad del agua para neutralizar bases (Henry y Heinke, 1989, p. 166) La alcalinidad en el agua se debe a la presencia de ácidos débiles que consumen iones de hidrógeno [H+] los cuales son producidos por otras reacciones sin cambiar el pH. En aguas naturales la alcalinidad es debida principalmente a la presencia de: bicarbonatos (HCO−), carbonatos (CO−2) e hidróxidos (OH−), los cuales se forman por la acción del CO2 sobre los materiales 3

3

alcalinos del suelo, también contribuyen a la alcalinidad los fosfatos, silicatos, boratos, carboxilatos y otros sistemas de ácidos débiles también pueden contribuir. La alcalinidad se determina valorando con ácido, y los resultados se expresan en concentraciones de meq/L o como concentración de carbonato de calcio (mg/L como CaCO3). (Crittenden, J. C., Trussell, R. R., Hand, D. W., Howe, K. J., & Tchobanoglous, 2012) Cuando las especies individuales se expresan como concentraciones molares, la alcalinidad se calcula como

alcalinidad,

mol

= [HCO−] + 2[CO−2] + [OH−] − [H+]

L

3

[1]

3

En esa expresión anterior el coeficiente del ion carbonato es 2 porque, ese ion su peso equivalente es la mitad de su peso molecular, los demás iones la relación peso molecular a peso equivalente es uno a uno (Crittenden, et al, 2012) En la práctica, la alcalinidad se expresa en términos de concentración de masa como carbonato de calcio. Para convertir de meq/L a mg/L como CaCO3, es útil recordar que alcalinidad,

mEq L

= (HCO−) + (CO−2) + (OH−) − (H+) 3

[2]

3

1 mol CaCO3 = 100 g → 1 Eq CaCO3 = 50 g → 1 Eq CaCO3 = 50000 mg

Por lo tanto 5 meq/L de alcalinidad son 250 mg/L de alcalinidad como CaCO3. (Crittenden, et al, 2012) La acidez por debajo de pH 4,5 se debe a la presencia de un ácido mineral fuerte (Henry y Heinke, 1989, p. 166), mientras que en intervalo entre 4,5 y 8,3, al sistema H2CO3/CO2, que tiende a neutralizar la base fuerte. En las aguas naturales las fuentes principales de acidez son el CO2, proveniente de la atmósfera y de la oxidación biológica de la materia orgánica, el drenaje acido de minas, los residuos líquidos industriales y la

INGENIERIA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS LABORATORIO lluvia ácida. Las aguas ácidas no constituyen una amenaza para la salud de las personas, pero generan corrosión y cambian las condiciones ambientales de los lagos. (Henry y Heinke, 1989) Para la muestra de agua, en la determinación de la alcalinidad, se parte de la muy conocida ecuación [3], la cual se emplea para encontrar la Normalidad (N) o el volumen de una solución particular, en la que se produce una reacción química. El método volumétrico es el que se desarrollará en el laboratorio 𝑉𝑉 ∙ 𝑉𝑉 = 𝑉𝑉 ∙ 𝑉𝑉

[3]

Si deseamos encontrar la concentración de una solución alcalina, básica, entonces de la ecuación [3], obtenemos la expresión explicita para NB, por lo tanto [1] queda: 𝑉𝑉 = 𝑉𝑉∙𝑉𝑉

[4]

𝑉𝑉

Recordamos que las unidades para la Normalidad son # Eq/L, y aplicando los factores de conversión para equivalentes vistos al comienzo de esta guía: 𝑉=

#𝑉𝑉 50 𝑉 𝑉𝑉𝑉𝑉3 L

(

1 𝑉𝑉 𝑉𝑉𝑉𝑉3

1000 𝑉𝑉

)(

)

1𝑉

[5]

Si deseamos obtener la concentración en mg/L de CaCO3, multiplicamos la expresión [4], por los factores que están en paréntesis en [5] es decir 50000, resultando la expresión [6] 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉∙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉

𝑉𝑉

Alcalinidad ( 𝑉 − CaCO3) = Volumen muestra × 50000

[6]

En el caso que necesitemos calcular la acidez, se hace el mismo procedimiento, es decir obtenemos la expresión para NA, a partir de la ecuación [4], y resultando la expresión [7] 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉∙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉

𝑉𝑉

Acidez ( 𝑉 − CaCO3) = Volumen muestra × 50000

[7]

Para el cálculo de la alcalinidad en las muestras de agua se pueden guiar por la tabla 1, donde F, representa el volumen para el viraje cuando se emplea indicador fenolftaleína, y M, el viraje del indicador mixto, verde bromocresol más naranja de metilo. Cálculo de la Alcalinidad del Agua

Tabla 1 valores de la alcalinidad en función de F y M Relación entre F yM F=M F>M/2

iones OH− OH y CO−2 −

OH−

CO−2

HCO−

total

F 2F-M

0 2(M-F)

0 0

M M

0

2F

0

M

0

2F

M-2F

M

0

0

M

M

3

3

3

F=M/2

CO−2 3

F<M/2

CO−2y HCO− 3

F=0

3

HCO− 3

INGENIERIA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS LABORATORIO PROCEDIMIENTO ACIDEZ Tomar una alícuota, medir pH

pH < 4,5

pH < 6,0

Si

No

Medir 100 mL y transferir a Erlenmeyer de 250 mL

¿Hubo cambio de color?

Medir 100 mL y transferir a Erlenmeyer de 250 mL

No

Si

No

Agregar desde la bureta NaOH 0,02N

Agregar desde la bureta NaOH 0,02N

1

Si Agregar 2 gotas de fenolftaleína

Agregar 2 gotas de cada indicador mixto

Apuntar volumen, este representa la acidez mineral

¿Hubo cambio de color?

Si

Apuntar volumen, este representa la acidez carbonácea

INGENIERIA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS LABORATORIO

1

ALCALINIDAD Medir pH de la muestra

Si pH > 8,5

Medir 100 mL de la muestra

Agregar 2 gotas de indicador fenolftaleína

Agregar H2SO4 0,02 N

No No

pH < 8,5

Medir 100 mL de la muestra

Agregar 2 gotas de cada indicador mixto

¿Cambio color?

Si Agregar H2SO4 0,02 N Registre el volumen como alcalinidad F No

¿Cambio color?

Si

Registre el volumen como alcalinidad M

MATERIALES Y REACTIVOS Los materiales y reactivos deben ser deben ser entregados y preparados por el personal de laboratorio. El listado de material es por grupo de trabajo Tabla 2 Materiales, equipos y reactivos empleados en la práctica Materiales Soporte Universal Pinzas para bureta Erlenmeyer 250 mL Pipetas de 1, 5 y 10 mL Bureta 25 mL Probeta 100 mL Papel indicador universal multiparámetro

Reactivos Ácido sulfúrico H2SO4 Hidróxido de sodio indicadores fenoltaleina Naranja de metilo Verde bromocresol

Concentración 0,02N 0,02N

INGENIERIA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS LABORATORIO DATOS A continuación, se registran los datos obtenidos en el laboratorio con las muestras de: agua potable, agua de pozo profundo, agua embotellada y agua con gas embotellada, los volúmenes registrados son los requeridos para el cambio de color en el indicador Tabla 3 Datos ensayo de alcalinidad y acidez muestra Agua potable Agua potable Agua potable Agua potable Agua potable Agua potable Solución problema Solución problema Solución problema Solución problema Solución problema Solución problema

pH muestra 7,4 7,4 7,4 7,4 7,4 7,4 8,29 8,29 8,29 8,29 8,29 8,29

Volumen muestra (mL) 72 67 53 80 63 50 27 28 26 28 24 30

Volumen H2SO4 0,02 N (mL) 1,5 1,3 1,2 1,9 1,9 1,7 5 5,6 5 5,4 5,1 5,2

indicador Mixto Mixto Mixto Mixto Mixto Mixto Mixto Mixto Mixto Mixto Mixto Mixto

CALCULOS Se hará la muestra de cálculos, lo cual significa que se empleará un registro de la tabla de datos, solamente como ilustración y los resultados se consignarán en forma tabular, escribiendo en una columna los datos típicos, o los valores máximos o mínimos de la norma que aplique (agua potable, o vertimientos). Se ilustrar la muestra de cálculos con los datos para agua potable (renglón 1 tabla 3), empleando la ecuación [6]

𝑉𝑉

Alcalinidad (

𝑉

(1,5 mL) ∙ (0,02 N)

− CaCO3) =

× 50000

=

20,83

72 mL

𝑉𝑉 𝑉

− CaCO3

De acuerdo a la tabla 1, se cumple con la relación del último renglón, entonces se afirma que la alcalinidad es debida a los bicarbonatos. RESULTADOS Tabla 4 Datos ensayo de alcalinidad y acidez parámetro

Alcalinidad total (mg/LCaCO3) pH resultado

Agua potable

Solución problema

Resolución 2115 de 2007

25,13

192,70

200

7,4 cumple

8,29 cumple

6,5-9,0

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ANÁLISIS DE RESULTADOS De acuerdo a los resultados, tabla 4 para las muestras de agua embotellada y agua potables cumplen con los dos parámetros analizados en la práctica, la muestra de agua con gas, tiene un pH muy bajo, el cual podría causar problemas de corrosión en las tuberías (Henry & Heinke, 1989). El agua del pozo profundo, excede el valor de alcalinidad, el cual podría ocasionar problemas de incrustación en tuberías

BIBLIOGRAFÍA

Crittenden, J. C., Trussell, R. R., Hand, D. W., Howe, K. J., & Tchobanoglous, G. (2012). MWH's water treatment: principles and design. John Wiley & Sons. Henry, J. G., & Heinke, G. W. (1989). Environmental science and engineering. Prentice Hall. Villegas De Brigard, M. P. (2007). Purificación de aguas. Ana Marcela Ortiz Tamayo. Segunda edición. Bogotá DC: Escuela Colombiana de Ingeniería. http://www.minambiente.gov.co/images/GestionIntegraldelRecursoHidrico/pdf/Legislaci%C3%B3n_del_agua/R esoluci%C3%B3n_2115.pdf