LaB. 1-Aguas Industriales Op
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I.-OBJETIVOS:
- Determinar la dureza Ca+2, Mg+2, total
- Determinara la alcalinidad del agua.
- Determinar cloruros
II.-FUNDAMENTO TEÓRICO:
1. AGUA: El agua es el nombre común que se aplica al estado líquido
del compuesto de hidrógeno y oxígeno H2O (agua químicamente
pura).Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas
de vida.
1.1. Algunas Propiedades Del Agua
El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado
como el disolvente universal, y afecta a muchos tipos de
sustancias distintas. Las sustancias que se mezclan y se
disuelven bien en agua como las sales, azúcares, ácidos, álcalis,
y algunos gases (como el oxígeno o el dióxido de carbono,
mediante carbonación) son llamadas hidrófilas, mientras que
las que no combinan bien con el agua como lípidos y grasas se
denominan sustancias hidrofóbicas.
El agua es miscible con muchos líquidos, como el etanol, y en
cualquier proporción, formando un líquido homogéneo. Por otra
parte, los aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas
de variable densidad sobre la superficie del agua.
El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente
baja.
La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con
los cambios de temperatura y presión.
1.2 Agua, algunos usos
- Uso Doméstico Del Agua: Además de apreciar los seres humanos
el agua para su existencia precisan del agua para su propio aseo y
la limpieza. El consumo humano representa un porcentaje reducido
del volumen de agua consumido a diario en el mundo. Se estima
que un habitante de un consume alrededor de 5 litros diarios en
forma de alimentos y bebidas. Estas cifras se elevan
dramáticamente si consideramos el consumo industrial doméstico.
- Agua en la agricultura: La mayor parte del agua se destina a la
agricultura, y es utilizada para irrigar los cultivos. La agricultura es
un sistema de producción tan antiguo que se ha sabido adaptar a
los diferentes regímenes hídricos de cada país: Así, en zonas donde
se den abundantes precipitaciones suelen realizarse cultivos de
regadío, mientras que en zonas más secas son comunes los cultivos
de secano. Más recientemente, y en entornos más adversos, como
el desierto se ha experimentado con nuevas formas de cultivo,
centradas en minimizar el consumo de agua. En la actualidad una
de las vertientes más activas de la investigación genética intenta
optimizar las especies que el hombre usa como alimento. También
se ha empezado a hablar de agricultura espacial para referirse a los
experimentos destinados a difundir la agricultura por otros planetas.
- Agua Como Transmisor De Calor: El agua y el vapor son usados
como transmisores de calor en diversos sistemas de intercambio de
calor, debido a su disponibilidad, por su elevada capacidad calorífica,
y también por su facultad de enfriar y calentar. El vapor condensado
es un calentador eficiente debido a su elevado calor de vaporización.
Una desventaja del agua y el vapor es que en cierta manera son
corrosivos. En la mayoría de centrales eléctricas, el agua es utilizada
como refrigerante, la cual posteriormente se evapora y en las
turbinas de vapor se genera energía mecánica, permitiendo el
funcionamiento de los generadores que producen electricidad.
En la industria nuclear, el agua puede ser usada como moderador
nuclear. En un reactor de agua a presión, el agua actúa como
refrigerante y moderador. Esto aumenta la eficacia del sistema de
seguridad pasivo de la central nuclear, ya que el agua ralentiza la
reacción nuclear, manteniendo la reacción en cadena.
- Procesamiento De Alimentos: El agua desempeña un papel
crucial en la tecnología de alimentos. El agua es básica en el
procesamiento y las características de ella influyen en su calidad.
- Aplicaciones Químicas: Las reacciones orgánicas generalmente se
tiemplan con agua o con una solución acuosa que puede estar
compuesta por ácido, por una base o por un tampón químico. El agua
es generalmente eficaz para eliminar sales inorgánicas. En las
reacciones inorgánicas el agua es un solvente común, debido a que
no disuelve los reactivos en su totalidad, también es anfótera (puede
reaccionar en su estado ácido y base) y nucleófila. También se ha
observado que el agua causa una aceleración en la reacción de Diels-
Alder.
- El agua empleada como disolvente: En términos químicos, el
agua es un solvente eficaz porque permite disolver iones y moléculas
polares. La inmensa mayoría de las sustancias pueden ser disueltas
en agua. Cuando el agua es empleada como solvente se obtiene una
disolución acuosa; por lo tanto, a la sustancia disuelta se la denomina
soluto y al medio que la dispersa se lo llama disolvente.
En el proceso de disolución, las moléculas del agua se agrupan
alrededor de los iones o moléculas de la sustancia para mantenerlas
alejadas o dispersadas. Cuando un compuesto iónico se disuelve en
agua, los extremos positivos (hidrógeno) de la molécula del agua son
atraídos por los aniones que contienen iones con carga negativa,
mientras que los extremos negativos (oxígeno) de la molécula son
atraídos por los cationes que contienen iones con carga positiva.
- El uso del agua en la industria: La industria precisa el agua para
múltiples aplicaciones, para calentar y para enfriar, para producir
vapor de agua o como disolvente, como materia prima o para limpiar.
La mayor parte, después de su uso, se elimina devolviéndola
nuevamente a la naturaleza.
El agua es utilizada para la generación de energía eléctrica. La
hidroelectricidad es la que se obtiene a través de la energía
hidráulica. La energía hidroeléctrica se produce cuando el agua
embalsada previamente en una presa cae por gravedad en una
central hidroeléctrica, haciendo girar en dicho proceso una turbina
engranada a un alternador de energía eléctrica. Este tipo de energía
es de bajo coste, no produce contaminación, y es renovable.
El agua es fundamental para varios procesos industriales y
maquinarias, como la turbina de vapor, el intercambiador de calor, y
también su uso como disolvente químico. Otra de las aplicaciones
industriales es el agua presurizada, la cual se emplea en equipos de
hidrodemolición, en máquinas de corte con chorro de agua, y también
se utiliza en pistolas de agua con alta presión para cortar de forma
eficaz y precisa varios materiales como acero, hormigón, hormigón
armado, cerámica, etc. El agua a presión también se usa para evitar
el recalentamiento de maquinaria como las sierras eléctricas o entre
elementos sometidos a un intenso rozamiento.
2. PRINCIPALES ANÁLISIS PARA AGUAS INDUSTRIALES
El agua natural contiene cantidades más o menos grandes de
sustancias disueltas y suspendidas llamadas comúnmente impurezas
y que resultan nocivas para su uso a escala industrial. La calidad y la
cantidad de impurezas dependerán del uso final que se le quiera dar.
Las sustancias que contaminan el agua son arrastradas por las
tormentas y escorrentías desde las tierras de cultivo, los suelos sin
protección, las explotaciones mineras, las carreteras y los derribos
urbanos. Las sustancias que contaminan el agua para su uso
industrial son: los sólidos en suspensión, sustancias disueltas y los
gases, entre otros.
- Sustancias Sólidas suspendidas: comprenden los lodos, arena,
materia vegetal (pueden estimular el crecimiento de las plantas
acuáticas. Éstas, a su vez, interfieren con los usos a los que se
destina el agua y, al descomponerse, agotan el oxígeno disuelto y
producen olores desagradables) y residuos industriales.
- Sustancias sólidas disueltas: comprenden los bicarbonatos,
carbonatos, sulfatos, nitratos, cloruros, tanto de calcio como
magnesio y de sodio. Completa esta lista sustancias como sílice,
iones de potasio, hierro, magnesio y trazas de muchos otros. Las
sustancias orgánicas consisten principalmente en compuestos de
acido úrico contenidas en el terreno. La sílice se encuentra
normalmente en el agua en solución, pero si su cantidad es elevada,
en ciertas condiciones puede precipitar bajo la forma de gel coloidal
en suspensión.
- Gases disueltos y suspendidos: proceden normalmente por
contaminación de los gases que se encuentran en la atmosfera y que
están en contacto con ella y estos son oxigeno, dióxido de carbono,
nitrógeno y raramente metano y sulfuro de hidrogeno. Generalmente
la solubilidad de los gases aumenta con el aumento de la pureza del
agua misma, alcanzando su máxima solubilidad en el agua
condensada.
Todas estas impurezas contribuyen en mayor o menor cuantía en la
calidad del vapor, formación de incrustaciones y a la presencia de
corrosiones en las cuales se realiza distintos análisis como Ph,
conductividad, turbiedad, dureza, alcalinidad, SO4-2, NO3
-, Fe+1, Fe+3,
cloruros, entre otros.
1. ACIDEZ Y ALCALINIDAD:
La acidez del agua indica el predominio del ión hidrogeno sobre
el hidroxilo, La causa más común de acidez en aguas es el CO2, el
cual puede estar disuelto en el agua como resultado de las
reacciones de los coagulantes químicos usados en el tratamiento,
o de la oxidación de la materia orgánica, o por disolución de CO2
atmosférico (ya que éste es ligeramente soluble en agua). La
causa más común de acidez en aguas es el CO2, el cual puede
estar disuelto en el agua como resultado de las reacciones de los
coagulantes químicos usados en el tratamiento, o de la oxidación
de la materia orgánica, o por disolución de CO2 atmosférico (ya que
éste es ligeramente soluble en agua). la reacción química del
dióxido de carbono y el agua produce el acido carbónico
La alcalinidad del agua es una medida de su capacidad para
neutralizar la acidez. En aguas naturales la alcalinidad es debida
generalmente a la presencia de tres clases de iones bicarbonatos,
carbonatos, hidróxidos (los hidroxilos no están usualmente
presentes en el agua natural)
Hay tres clases de alcalinidad
Para lograr una distinción entre las tres y determinar la cantidad
presente en cada una de ellas, una tritación con ácido estándar es
hecha usando dos indicadores.
Fenoltaleina: (C20H14O4): es de color grosella (también
llamado sulferino) sólo en presencia de hidróxido o carbonato
normal. El cambio de color grosella a incoloro se verifica a un
Ph menor o igual a 8.2. La alcalinidad en la fenoltaleina esta
debida ó al hidroxilo ó carbonato normal ó ambas.
Anaranjado de metilo: [(CH3)2NC5H4N: NC6H4SO3Na] es
amarillo en presencia de cualquiera de los tres tipos de
alcalinidad, pero es rojo en presencia de medio acido. El cambio
de color ocurre a un ph de aproximadamente 4.4. L alcalinidad
en el anaranjado de metilo es debido a una de las tres formas
de alcalinidad ó a la alcalinidad hidróxida ó al carbonato normal
juntas ó al carbonato normal ó al bicarbonato juntas
P= alcalinidad a la fenoltaleina, se titula con acido sulfúrico
0.002N
M= alcalinidad parcial o mostrada por el anaranjado de
metilo sin que a parezca la fenoltaleina
T= alcalinidad total
Hay 5 formas de alcalinidad en una muestra
1. Sólo hidróxida
2. Hidróxida y carbonato normal
3. Sólo carbonato,
4. Carbonato normal y bicarbonato
5. Solo bicarbonato
Estas 5 formas pueden distinguirse y cuantificarse de acuerdo a
los resultados de tritación con acido de la siguiente manera:
CASO RELACION CONDICION TOTAL
1 P = T P = T 0 0 T
2 P > T/2 y
2P –
T
2 (T- P) 0 T
3 P = T/2 0 2P = T 0 T
4 P < T/2y
0 2P T- 2P T
5 P = 0 0 0 T T
2. DUREZA : Es la característica del agua, debida
principalmente a su contenido de carbonatos y sulfatos, y
ocasionalmente, por nitratos y cloruros tanto de calcio y magnesio,
haciendo que el jabón forme grumos en el agua, que se consuma
más jabón, que se depositen incrustaciones en las calderas y que
produzca efectos perjudiciales en algunos procesos industriales y a
veces sabores indeseables
La dureza generalmente se determina a partir del contenido de calcio
y magnesio en el agua y se expresa como carbonato de calcio
equivalente CaCO3
- Dureza Temporal: debida principalmente por la presencia de
bicarbonatos de calcio y magnesio que puede ser removida por
ebullición
- Dureza Permanente: debida principalmente por la presencia de
sulfato de calcio y es aquella que permanece depuse de la
ebullición y precipita a temperaturas superiores a 300 ºC
- Dureza de Carbonatos: también se le llama alcalina ya que
todas sus sales disueltas dan al agua característica alcalina
- Dureza de no Carbonatos: también llamada neutra ya que sus
sales disueltas en agua no producen en esta reacción alcalina ni
acida.
La dureza total de agua es la suma total de los iones
alcalinostérrios (iones de magnesio y calcio fundamentalmente)
fijados en forma de carbonatos, sulfatos, cloruros, nitratos y
fosfatos expresados en ppm de CaCO3. El método EDTA permite la
determinación fácil y exacta de la dureza total, el aditivo es la sal
disódico del ácido etilendiamintetraacético (vercenato diácido
disódico), que forma iones complejos, solubles con los iones calcio
y magnesio para formar iones complejos.
El ácido etilendiamintetraacético (EDTA) se comporta, en realidad
como un acido bibásico fuerte. El ión vercenato diácido reacciona
con los iones de calcio y magnesio para formar iones complejos. La
muestra se lleva a ph 10 empleando solución buffer ó reguladora
de cloruro de amonio- hidróxido de amonio y luego agregando
unas gotas de una solución alcohólica de negro de ericromo como
indicador. El indicador forma un compuesto débilmente disociado,
rojo vino con los iones de magnesio.
Dureza Total = (dureza magnesica) + (Dureza calcica)
3. CLORUROS: PRECENSIA DE CATIONES Ag+1, Pb+1, etc se
determina usando como indicador cromato de potasio al 5% y se
titula con AgNO3 0.1 N
III.-MATERIALES Y EQUIPOS:
Vasos de precipitación Pipetas Soportes Matraz erlenmeyer Probeta de 10 ml Bureta
Materiales:
Soporte Vasos de precipitación
Pipetas Probeta
Matraz erlenmeyer
Bureta
IV.-REACTIVOS
H2SO4(ac) NaOH(ac) K2CrO4(ac) Buffer ph=10 Negro ericromo-T Murexida Fenolftaleina Anaranjado de metilo EDTA
V.- PROCEDIMIENTO
EXPERIENCIAS
1. Determinación de la Dureza:
a) Dureza Total
- Colocar una muestra de agua de 10 ml. en un
Erlenmeyer.
- Colocarle 1 a 2 ml. de buffer 10.
- Añadir una pisca de indicador Negro de Dicromo T: si el
agua vira a Rojo tiene dureza.
- Titular con EDTA hasta que la muestra vire a color Azul
Pálido.
- Anotar el gasto y realizar los cálculos respectivos.
b) Dureza Cálcica
- Colocar una muestra de agua de 10 ml. en un
Erlenmeyer.
- Añadir 1 a 2 ml. de NaOH 5N.
- Añadir una pisca de Murexida hasta que el color dé Rojo.
- Titular con EDTA hasta que vire a Lila.
- Anotar el gasto y realizar los cálculos respectivos.
c) Dureza Magnésica
- Se determina al restar la Dureza Total menos la Dureza
Cálcica.
2. Determinación de la Alcalinidad:
a) Alcalinidad Tipo P o F:
- Colocar una muestra de agua de 10 ml. en un
Erlenmeyer.
- Agregar 2 a 3 gotas de Fenolftaleína.
- Se vira a rojo grosella. La alcalinidad se debe a (OH)- o
(HCO3)-
- Titular con H2SO4 0.02N.
- Anotar el gasto y realizar los cálculos respectivos.Si no
hay cambio a la fenolftaleína en gasto tipo P o F= 0ml de
H2SO4
b) Alcalinidad Tipo M:
- En el mismo depósito colocar 2 a 3 gotas de anaranjado
de metilo.
- Titular nuevamente con H2SO4 0.02N hasta un color
anaranjado.
- Anotar el gasto y realizar los cálculos respectivos.
3. Determinación de Cloruros:
- Colocar una muestra de agua de 10 ml. en un Erlenmeyer.
- Agregar 1 a 2 ml. de Cromato de Potasio 5%. (indicador
K2CrO4)
- Titular con AgNO3 0.01 N, hasta que vire a Rojo Ladrillo.
- Anotar el gasto y realizar los cálculos respectivos.
CÁLCULOS:
DETERMINACIÓN DE DUREZA
DUREZA TOTAL DUREZA CÁLCICA
Vg = 1.8 ml. Vg = 1.8 ml.
DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
ALCALINIDAD TIPO “P” O “F” ALCALINIDAD TIPO “M”
Vg = 0 ml. Vg = 2.6 ml.
DETERMINACIÓN DE CLORUROS
Vg = 1.3 ml.
1. Determinación de Dureza:
A) Dureza Total:
Dureza total =1.8∗100010
= 180ppm
B) Dureza Cálcica:
Dureza cálcica =1.8∗100010
= 180ppm
C) Dureza Magnésica:
Dureza Magnésica = Dureza Total - Dureza Cálcica
Dureza Magnésica = 180 – 180
Dureza Magnésica = 0
2. Determinación de Alcalinidad:
A) Tipo P o F:
(ppm CaCO3)p =0∗100010
= 0
B) Tipo M:
(ppm CaCO3)M =2.6∗100010
= 260ppm
Alcalinidad Total = 260
Estamos en el Caso Nº 05 P=0
OH-1 = 0
CO3-2 = 0
HCO3-1 = 260
VI.- CONCLUSIONES:
El agua para el uso industrial debe estar conforme a las
especificaciones de dureza. El agua dura logra producir alguna
lección en tuberías producto de los iones de magnesio y calcio.
Se determinó la dureza Ca+2, Mg+2, total, la alcalinidad del agua
y los cloruros.
Los solutos que se encuentran en el agua, tales como las sales
afectan las propiedades físicas del agua y también alteran el
punto de ebullición y de congelación del agua.
Los solutos del agua también afectan la actividad de esta, y a
su vez afectan muchas reacciones químicas y el crecimiento de
microorganismos en los alimentos.
Se debe tener en cuenta que existe relación de la dureza con la
conductividad para facilitar un cálculo aproximado:
conductividad(µ.S/cm) /2 ≅ dureza(ppm)
Gracias a la titración se puede saber cuales son los factores que
intervienen en la dureza del agua (HCO3- , OH- , CO3
-2).
VII.- RECOMENDACIONES:
La conducta correcta en el laboratorio demuestra la seriedad del
estudiante frente al trabajo experimental por ello se recomienda las
siguientes normas de seguridad:
1. Siempre que quiera introducir un tubo de vidrio en un tampón
de goma o sacarlo de él, humedézcalo con un poco de agua,
aceite, vaselina o glicerina; es aconsejable en estos casos,
proteja sus manos con un trapo. Si no puede realizar lo que se
propone, avise al docente.
2. La mayor parte de los productos químicos son venenosos en
mayor o menor grado, por lo tanto leer cuidadosamente el
rótulo de los frascos de reactivos antes de utilizar su contenido.
Evite olerlo o degustarlos, para oler un vapor, agite su mano
para llevarlo hacia su nariz. Siempre trabaje usando la campana
extractora cuando los vapores sean tóxicos; sustancias
químicas tales como ácidos de alta concentración (clorhídrico,
sulfúrico, acético, etc.) deben manejarse siempre bajo la
campana de extracción.
3. Nunca eche de nuevo reactivos sobrantes al frasco.
4. Nunca calentar productos inflamables directamente a la llama,
debiendo trabajar lejos de cualquier llama o chispa. Muchos de
los solventes usados son inflamables. Los solventes deben
mantenerse lejos de los mecheros encendidos. Los más
comunes son: metanol, etanol, acetona, éter de petróleo y
diclorometano.
5. Al preparar disoluciones de ácidos en agua, añadir el ácido al
agua, vertiéndolo poco a poco y agitando.
6. Los agentes oxidantes fuertes y los productos fácilmente
oxidables (agentes reductores) deben mezclarse con gran
cuidado y en cantidades pequeñas.
7. Nunca se debe añadir ácido nítrico a un matraz que contenga
alcohol o cualquier otro producto fácilmente oxidable. La
reacción entre ácido nítrico y un agente reductor orgánico suele
ser muy violenta e ir acompañada de una explosión peligrosa.
VIII.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Armas, Carlos. Técnicas y Experimentos en química. Trujillo.
SKOOG, D y WEST, D, HOLLER F. Química Analítica. 4 Ed. Mc Graw-Hill.
México. 1990.
APHA, AWWA, WPCF, Métodos estándar para el examen de
aguas y aguas de desecho. Editorial Interamericana, México
D.F. 1963. 11ª edición.
Prácticas de laboratorio de fisicoquímica, UNI-Lima-Perú
Páginas Web:
http://es.wikipedia.org/wiki/
Agua#El_uso_dom.C3.A9stico_del_agua
http://www.monografias.com/trabajos5/anagua/anagua.shtml
http://docs.google.com/viewer?
a=v&q=cache:5mkEqU7dGPUJ:www.des_ia.umich.mx/~des_ia/
fades06/
C11.pdf+acidez+y+alcalinidad+del+agua&hl=es&gl=pe&pid=
bl&srcid=ADGEEShyEWwXjuVkpuOvCQv26WtvfF6ZI2o0H_1PTNf
3hPUiZiPQvH0rKuAcp5m_zTz2O_AH0j3KkJAbmvSboZXTD
www.docencia.udea.edu.com