DETERMINACION DE CALCIO Y MAGNESIO EN AGUAS

PRACTICA UNO

|

MARCO TEÓRICO

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 e

lectromotriz (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 esta 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 de los iones calcio y

magnesio, expresados como carbonato de calcio. La dureza cálcica es producida

solo por iones calcio y la dureza magnésica es producida por iones magnesio.

OBJETIVO:

Determinar la presencia de calcio y magnesio en una muestra de agua, basándose

en la complejometría.

DESARROLLO

MATERIALES Y SUSTANCIAS

MATERIALES Y SUSTANCIAS | FIGURA |

1 probeta de 100 ml | |

6 Matraces Erlenmeyer de 300 ml | |

1 pipeta de 10 ml | |

1 piseta | |

1 Mechero busen | |

1 tripee | |

tela de alambre con asbesto | |

1 bureta de 50 ml | |

1 soporte universal | |

1pinza doble para bureta | |

1 ml Solución de anaranjado de metilo | |

20 ml Solución de hidróxido de sodio 2N | |

100 ml solución EDTA 0.01 M | |

3 g NET | |

3 g Murexida | |

20 ml Solución Buffer de pH 10 | |

ACTIVIDADES EXPERIMENTALES (PROCEDIMIENTO)

1. Deje salir el agua de la llave durante 30 segundos y tome dos muestras de 50

mL exactamente, con una probeta y transfiéralas a dos matraces Erlenmeyer.

2. En la 1ra muestra agregue dos mililitros de solución buffer pH 10 y una gota de

anaranjado de metilo. Si la solución queda roja, agregue otros 5 ml De solución

buffer. Si esta aun continua roja, neutralice con hidróxido de sodio (NaOH) hasta

obtener la coloración amarilla agregue entonces 5 ml De la solución buffer, para

amortiguar el pH.

3. Caliente la muestra sin llegar a ebullición de manera que aun la pueda tocar con

la mano y agregue suficiente NET para obtener un rojo vino.

4. Titule con solución valorada de EDTA hasta desaparezca las últimas trazas de

color rojo y quede en su lugar un color azul.

5. A la 2da muestra agregue una gota de anaranjado de metilo y neutralice con

solución de hidróxido de sodio hasta obtener una coloración amarilla. Con una

vigorosa agitación añada gota a gota 5 ml de la solución de hidróxido de sodio.

6. Agregue suficiente murexida para obtener un color rosa.

7. Titule con la solución valorada de EDTA hasta que el color vire del rosa al

violeta.

8. En la 1ra muestra se titularon Ca y Mg juntos, es decir, la dureza total. Exprese

esta dureza en Mg porciento de CaCO3 en la muestra total.

MEDTA Molaridad EDTA = 0.01 M

DT (CaCO3)=ml EDTA x M EDTA x milimol CaCO3 x 1000 X 100

Volumen de la muestra 

9. Exprese el resultado de la 2da titulación como dureza cálcica (DCa) en mg

porciento de CaCO3

DCa (CaCO3) =mL EDTA x M EDTA x milimol CaCO3 x 1000 X 100 

Volumen de la muestra 

10. Exprese la dureza magnésica (DMg) como la diferencia entre la dureza total y

la dureza cálcica.

DMg (CaCO3) = DT – DCa

11. Repita las determinaciones en por lo menos dos muestras adicionales y

reporte el promedio.

NOTAS:

a) La adición de la solución de buffer de pH 10 antes de la neutralización, evita

que el pH suba abruptamente.

b) Si el agua por analizar presenta un pH alrededor de 7, no es necesario

neutralizar con anaranjado de metilo.

AUTOEVALUCION

1. ¿Qué indicador utiliza para titular la dureza total?

Para titular la dureza total se utiliza el Eriocromo negro T

2. ¿A que se le llama dureza temporal?

Esta determinada por el contenido de carbonatos y bicarbonatos de calcio y

magnesio que puede ser eliminada por ebullición del agua y posteriormente por

eliminación de precipitados formados por filtración, también se le conoce como

“Dureza de Carbonatos”

3. ¿En que condiciones no se emplea el anaranjado de metilo para el análisis de

agua?

Cuando es demasiado alcalina

Resultados 

Con los datos obtenidos experimentalmente complete los cuadros siguientes:

DUREZA TOTAL EN CaCO3 | MUESTRA 1 | MUESTRA 2 |

Volumen de muestra | 50 ml | 50 ml |

ml de EDTA | 10.5 | 10.8 |

milimol del CaCO3 | 0.1 | 0.1 |

DT (CaCO3) | 21 | 21.6 |

| | |

DUREZA CALCICA EN CaCO3 | MUESTRA 1 | MUESTRA 2 |

Volumen de muestra | 50 ml | 50 ml |

ml de EDTA | 3.5 | 3.9 |

milimol del CaCO3 | 0.1 | 0.1 |

DT (CaCO3) | 7 | 7.8 |

| | |

DUREZA MAGNESICA | | |

Dureza total |

21 | 21.6 |

dureza Cálcica | 7 | 7.8 |

DMg (CaCO3) | 14 | 13.8 |

| | |

Análisis de los Resultados 

Dureza Total Cálcica

Muestra 1

DT (CaCO3)=ml EDTA x M EDTA x milimol CaCO3 x 1000 X 100

Volumen de la muestra 

DT (CacO3)= [(10.5 ml * 0.01 M * 0.1mM *1000)/ 50 ml] * 100 = 21

Muestra 2

DT (CaCO3)=ml EDTA x M EDTA x milimol CaCO3 x 1000 X 100

Volumen de la muestra 

DT (CacO3)= [(10.8 ml * 0.01 M * 0.1mM *1000)/ 50 ml] * 100 = 21.6

Dureza Cálcica

DCa (CaCO3) =mL EDTA x M EDTA x milimol CaCO3 x 1000 X 100 

Volumen de la muestra 

Muestra 1 

DCa (CaCO3) =mL EDTA x M EDTA x milimol CaCO3 x 1000 X 100 

Volumen de la muestra 

DCa (CaCO3) = (3.5 x 0.01 x 0.1 x 1000)/50 X 100 = 7

Muestra 2

DCa (CaCO3) = (3.9 x 0.01 x 0.1 x 1000)/50 X 100 = 7.8

Dureza Magnésica

DMg (CaCO3) = DT – DCa

Para la muestra 1

DMg (CaCO3) = DT – DCa

DMg (CaCO3) = 21 – 7 =14

Para la muestra 2

DMg (CaCO3) = 21.6 – 7.8 = 13.8

Conclusiones:

Como se sabe la dureza no es una propiedad fundamental de un material, sino

que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas. En el caso del

agua podemos decir que la dureza hace referencia a la cantidad de sales de calcio

y magnesio vertidas en el ella, ya sea de manera natural o bien creada por el

hombre. 

En el análisis que acabamos de demostrar que la muestra de agua contiene más

calcio que magnesio 

REFERENCIAS

http://materias.fi.uba.ar/6305/download/SOLUCIONES%20REGULADORAS

%20DE%20pH.pdf

http://www.ecured.cu/index.php/Indicadores_complejom%C3%A9tricos

http://www.ehu.es/biomoleculas/ph/neutra.htm