Informe Lab. Kimica N 07.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMATICA ESCUELA PROFESIONAL DE FISICA

LABORATORIO DE QUIMICA INORGANICA Y ANALISIS QUIMICO INFORME N0 07 DUREZA DEL AGUA

GRUPO: V GRUPO HORARIO: 90G PROFESOR: Lic. LUIS ANGELES VILLON SEMESTRE: 2010 - A

Callao, 17 de junio del 2010

OBJETIVOS

 Analizar cualitativa y cuantitativamente la dureza del agua en diferentes muestras. 

Poder determinar los porcentajes de sólidos totales en el agua.

 Comparar los resultados con el agua destilada.  Comprender que la dureza del agua se debe a la concentración de minerales como el magnesio y calcio.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA Se denomina dureza del agua a la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio. Son éstas las causantes de la dureza del agua, y el grado de dureza es directamente proporcional a la concentración de sales metálicas. Tipos de dureza La dureza del agua tiene una distinción compartida entre dureza temporal (o de carbonatos). y dureza permanente (o de no-carbonatos).  Dureza temporal

La dureza temporal se produce por carbonatos y puede ser eliminada al hervir el agua o por la adición de Ca(OH)2 (hidróxido de calcio).

El carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente que en agua fría, así que hervir (que contribuye a la formación de carbonato) se precipitará el bicarbonato de calcio fuera de la solución, dejando el agua menos dura. Los carbonatos pueden precipitar cuando la concentración de ácido carbónico disminuye, con lo que la dureza temporal disminuye, y si el ácido carbónico aumenta puede aumentar la solubilidad de fuentes de carbonatos, como piedras calizas, con lo que la dureza temporal aumenta. Todo esto está en relación con el pH de equilibrio de la calcita y con la alcalinidad de los carbonatos. Este proceso de disolución y precipitación es el que provoca las formaciones de estalagmitas y estalactitas.  Dureza permanente Esta dureza no puede ser eliminada al hervir el agua, es usualmente causada por la presencia del sulfato de calcio y magnesio y/o cloruros en el agua, que son más solubles mientras sube la temperatura. Puede ser eliminada utilizando el método SODA (Sulfato de Sodio). También es llamada "dureza de no carbonato" Para determinar la dureza se realiza una valoración complexiométrica con la sal del ácido etilen-diaminotetracetico (EDTA) que es un típico reactivo quelatante, y utilizando como indicador Negro de Eriocromo T (NET). Los iones calcio y magnesio reaccionan con EDTA a un pH tamponado de 10 formando los siguientes complejos: 𝐶𝑎2+ + 𝐻𝑌 3− → 𝐶𝑎𝑌 2− + 𝐻 + 𝑀𝑔2+ + 𝐻𝑌 3− → 𝑀𝑔𝑌 2− + 𝐻 + La estabilidad del complejo de calcio es mayor que la del magnesio. Por otro lado el NET forma un complejo de color vino con el magnesio, mucho más estable que con el calcio. Existen muchas maneras de expresar la dureza de un agua, pero una de las más utilizadas consiste en dar el contenido de calcio y magnesio como ppm de CaCO3.

DATOS EXPERIMENTALES Y TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES

 Se prepara dos series de 3 tubos de ensayo, que contenga en cada serie agua potable, agua hervida fría y agua destilada, llenado al mismo nivel de altura y marcado los tubos de la primera serie de 1 a 3 correspondientes a las muestras de agua para la primera serie y de 4 a 6 para la segunda serie con las mismas muestras y en el mismo orden.  A la primera muestra se le agrega 10 gotas de solución jabonosa a cada tubo, se procede a agitar cada tubo de ensayo tapándolo con el dedo pulgar, se deja reposar y se observa la presencia de espuma y turbidez.  A la segunda serie de tubos de se agrega 3 gotas de indicador de azul de bromotimol para indicar el pH.  En otra serie de 2 tubos de ensayo se procede a echar agua destilada en los 2 tubos al mismo nivel de altura, a fin de juzgar el pH aproximado en cada tubo.en uno se agrega una gota de HCl 0,1M y en el otro tubo una gota de NaOH 0,1M y por ultimo a cada tubo de ensayo se le agrega 3 gotas del indicador azul de bromotimol.  Para la determinación cuantitativa se procede a añadir 10 ml de agua destilada en dos matraces (erlenmeyer) de 150 ml, luego se agrega 1 ml de solución buffer para mantener el pH de 10 y se agregan también 3 gotas de negro de ericromo T.  En una bureta se llena de solución de EDTA 0,01N se enraza al nivel cero, se añade de la bureta gota a gota hasta que el color de la solución contenida en los matraces cambie de rojo a azul.  Finalmente se hace la cuantificación de la muestra anterior y se procede a hacer el mismo experimento con agua potable y agua hervida con los mismos procedimientos anteriores.

Tipo de agua

Potable

Hervida

Destilada

Espuma

Muy poca

Poca

Bastante

Turbidez

Bastante

Bastante

Poca

pH

Azul

Azul verdoso

Verde

Cuantificación ml EDTA gastado

4,5

4,0

4,6

5,6

0,4

0,3

Dureza promedio (ppm)

425,0

510,0

 Agua destilada, hervida y potable con solución de jabón:

 Agua destilada, hervida y potable con el indicador de bromotimol:

35,0

 Agua destilada con HCl y NaOH con el indicador de bromotimol:

 Determinación cuantitativa:

OBSERVACIONES:

 En el experimento de la primera serie de los tubos se observo el grado de turbidez, dándonos cuenta que el agua hervida y el agua potable presentaron un mayor grado de turbidez mientras que el agua destilada presento poca turbidez, en relación al grado de espuma el agua destilada presento bastante espuma, el agua potable presento muy poca espuma, mientras que el agua hervida presento poca espuma.  En la segunda serie de los tubos de ensayo a los cuales se le agrego a cada uno de ellos agua destilada, hervida y potable; luego de haberse agregado el indicador de azul de bromotimol se observo que el agua destilada presento un color verde, el agua hervida un color azul verdoso y finalmente el agua potable presento un color azul.  En la tercera serie de tubos de ensayo a los cuales se les agrego agua destilada y en uno de ellos se añadió una gota de HCl 0,1M y al otro una gota de NaOH 0,1M, luego se agrego unas gotas de azul de bromotimol a cada tubo, se pudo observar que al tubo de ensayo que se agrego el HCl presento un color amarillo el cual demuestra que presenta un pH ≤ 6 dado a conocer una solución ácida. Al tubo de ensayo que se le añadió NaOH se observo un color azul para un pH ≥ 7,6 el cual describe una solución básica.  En el experimento de los matraces erlenmeyer se observo que el agua hervida presento mayor gasto de EDTA, el agua potable un poco menos que el agua hervida y el agua destilada presento muy poco gato de EDTA.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Los datos obtenidos a partir de los experimentos realizados son cercanos a los datos predichos con la teoría. Según la teoría si añadimos solución jabonosa a tres tubos de ensayo que contiene agua destilada, agua potable y agua hervida en cada tubo, agitamos a cada uno de estos entonces el nivel de espuma en el tubo de ensayo que contiene agua destilada será mayor que las otras dos, esto es debido a que el agua destilada esta libre de impurezas por eso reacciona con la solución jabonosa, lo que no sucede con los demás tubos de ensayo, pero presento menor turbidez que los demás. Luego si tenemos tres tubos de ensayo con agua destilada y a uno se le añade una solución de HCl y al otro NaOH, se le agrega a los tres tubos de ensayo el indicador de azul de bromotimol; la teoría dice la primera solución se tornaría de color amarillo (solución ácida), la segunda solución de color azul (solución básica) y la tercera solución quedaría de color verde (solución neutra) lo cual se verifico en el experimento realizado y expresamos nuestra conformidad con los resultados.

Con respecto al experimento cuantitativo, en los matraces erlenmeyer, el agua hervida presento mayor gato de EDTA este resultado es un poco contradictorio ya que por teoría el que debería presentar mayor dureza de agua tendría que ser el agua destilada, entonces este resultado se debería a un mal aseo de los matraces erlenmeyer antes de comenzar con el experimento.

CONCLUSIONES  Todas las muestras de agua que realizamos en el experimento presenta dureza.  El agua potable es la más dura de las tres examinadas porque cuando se agrego jabón no hubo formación de espuma debido a las sales calcio y magnesio.  El agua destilada es un agua blanda porque al agregarle jabón esta hace mucha espuma que las otras aguas.  El agua destilada tiene un pH neutro de color verde, el agua potable un pH de carácter básico de color básico y el agua hervida un pH promedio de 7,6 dando un color de azul verdoso al adicionarles a los tres azul de bromotimol.

CUESTIONARIO 1. Defina la Dureza del Agua

La Dureza del Agua se debe a la concentración de sales solubles de calcio y magnesio. La dureza se expresa en términos de carbonatos de calcio. La dureza se define como dureza total cuando es la suma de la dureza cálcica y magnésica, la dureza cálcica es la proveniente de sales de calcio y dureza magnésica cuando es de sales de magnesio. 2. ¿Cómo se expresa la Dureza del Agua? La dureza se expresa en la sal más representativa, siendo la más abundante el carbonato de calcio, reportándose los datos en miligramos por litro (mg/L), pero también puede representarse en: mg CaCO3/I ó ppm de CaCO3 Miligramos de calbonato de calcio (CaCO3) en un litro de agua; esto es equivalente a ppm de CaCO3. Grado alemán (Deutsche Härte, °dH) Equivale a 17,9 mg CaCO3/l de agua. Grado americano Equivale a 17,2 mg CaCO3/l de agua. Grado francés (°f) Equivale a 10,0 mg CaCO3/l de agua. Grado inglés (°e) o grado Clark Equivale a 14,3 mg CaCO3/l de agua. 3. ¿Qué es la titulación volumétrica? Es una táctica analítica rápida, exacta concentración de sustancias en soluciones.

y muy difundida para determinar la

Su procedimiento se basa en la adición de un volumen exacto de una solución estándar la cual reacciona con una solución de concentración desconocida; la solución estándar es conocida como titulante midiéndose este con una bureta, conociéndose el volumen y la concentración del titulante se podrá calcular la concentración de la sustancia titulada. Para efectuar una concentración es necesario cumplir estos requisitos:  La reacción debe ser estequiometria es decir deberá existir una proporción definida de números enteros en los coeficientes de reacción.  La reacción debe ser rápida.  La reacción debe ser cuantitativa. Para la exactitud analítica deberá haberse completado cuando menos un 99.99% cuando se haya añadido una cantidad estequiometrica del titulante.

 Deberá existir algún método para determinar el punto final de la titulación, esto se determina mediante el cambio de coloración de un reactivo indicador o mediante algún cambio de las propiedades físicas de la solución, este punto es el punto final de la titulación. El punto en el cual se ha añadido la cantidad teórica del titulante se denomina punto de equivalencia de la titulación. En teoría estos dos puntos deben coincidir pero por diversas razones se tolera una pequeña discrepancia entre ambos. 4. ¿Qué nos indica el cambio de color rojo a azul en el momento de la titulación de la presente practica en el laboratorio? La titulación se basa en la reacción del ericromo negro T con el EDTA, este indicador el ericromo negro T es su forma libre es de color azul, pero al adicionarlo a la solución que contiene algo de dureza reaccionara con el catión formado un complejo de coloración roja (puede reaccionar con el calcio y/o magnesio pero es más a fin a este ultimo), cuando titulamos el EDTA reacciona con el catión descomplejando al reactivo indicador, como se muestra a continuación: 𝑀𝑔2+ + 𝐻2 𝑌 2− → 𝑀𝑔𝑌 2− + 2𝐻 + 𝐻2 𝑌 2− : Este compuesto del titulante es la sal di sódica o di amónica del EDTA Cuando se han titulado todos los iones libres calcio y/o magnesio llegaremos al punto final al añadir una o dos gotas más el viraje será de rojo a azul. 𝑀𝑔(𝐼𝑛𝑑− ) + 𝐻2 𝑌 2− → 𝑀𝑔𝑌 2− + 𝐻(𝑖𝑛𝑑 2− ) + 𝐻 + (𝑐𝑜𝑙𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑜𝑗𝑎)

(𝑖𝑛𝑐𝑜𝑙𝑜𝑟𝑜) (𝑐𝑜𝑙𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑧𝑢𝑙)

5. ¿Qué nos indica la presencia de carbonatos en el agua? Indica que el agua presenta dureza.

6. ¿Cuál de los tres tipos de agua analizadas en el laboratorio es la más dura? ¿por qué? El agua potable es la más dura porque en ella hay presencia de sales de magnesio o calcio posiblemente debido alas cañerías así como la fuente de agua, presento un valor de 80mg/L.

7. ¿Cual es el pH de cada una de las aguas utilizadas?

Tipo de agua

Color

Posible pH

Destilada

Verde

PH≈6,8

Potable

Azul

7.6≤

Hervida del caño

Azul verdoso

≥7,6

8. Investigue sobre dureza cálcica y magnésica. La dureza cálcica y magnésica son compuestos provenientes de sales de calcio y magnesio en el agua estas sales son contraproducentes a nivel industrial por:  Forman incrustaciones en las tuberías de transporte de agua y de vapor, disminuyendo el flujo en el tiempo.  Disminuyen la transmisión de calor porque al adherirse a la tubería no permite el flujo de calor hacia el fluido.  No permite la formación fácil de lavazas para el lavado.  En los productos alimenticios que incluyen agua dentro de un envase (conserva de vegetales) ppm CaCO3 al transcurrir el tiempo se precipitan las sales debido a la dureza del agua. Para evitar todo lo expuesto la industria cuenta con equipos de ablandamiento del agua por métodos químicos o métodos de absorción por medio de columnas de intercambio iónico así se evitan de costosas mermas por la dureza de agua. 9. Encuentre diferencias entre el agua destilada, desionizada, dura, blanda y potable. Agua dura: aquella que posee una cantidad alta de sales de magnesio y calcio teniendo una concentración de 100-200 ppm CaCO3. Agua blanda: aquella que contiene una concentración inferior a 20 ppm de Ca o 50 ppm CaCO3. Agua potable: aquella que asido tratada en un proceso de potabilización volviéndola apta para el consumo humano, posee dureza y dependerá del sistema de cañería asi como de la fuente de donde proviene. Agua destilada: aquella que ha sufrido un proceso de destilación eliminándose la dureza. Agua desionizada: aquella que ha sido tratada por medio de un intercambiador de iones donde sean eliminados estos por adsorción a la columna, no posee dureza.

REFERENCIAS BIBLIAGRAFICAS



DUREZA DEL AGUA En: enciclopedia wikipedia. Perú, 2007. [Fecha de consulta: 21 de junio] disponible en : http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_del_agua



CHANG RAYMOND. Química general. Editorial. McGraw-Hill,2007



BROWN, LEMAY, BURSTEN. Química La Ciencia Central. Editorial. Pearson Education,2004