Acidez, alcalinidad y dureza

Química ambiental Agua
DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ, LA ALCALINIDAD Y LA DUREZA TOTAL EN EL
AGUA
INTRODUCCION
La acidez en una muestra de agua es por su definición, la capacidad para reaccionar con una base fuerte
hasta un determinado valor de pH. En cuerpos de agua naturales, la acidez es causada principalmente
por CO2 y en algunos casos, por ácidos fuertes como H2SO4 o minerales tipo H2S o por la presencia de en
el agua de sales fuertes provenientes de bases débiles, tales como el NH 4. La acidez tiene importancia
desde el punto de vista industrial debido a su poder corrosivo de las sustancias ácidas presentes en el
agua. En la práctica de laboratorio la técnica de titulación estará referida a la acidez carbonácea.
La alcalinidad del agua puede definirse como su capacidad para neutralizar ácidos ó su capacidad para
reaccionar con iones hidrógeno, y la acidez como la capacidad de esta para neutralizar bases ó
reaccionar con iones hidroxilo, la determinación de estos dos parámetros es importante en los procesos
de coagulación química, ablandamiento, control de corrosión y evaluación de la capacidad tampona del
agua y su papel en la productividad.
En aguas naturales la alcalinidad es debida principalmente a la presencia de: Bicarbonatos, carbonatos
e hidróxidos, los cuales se forman por la acción del CO2 sobre los materiales básicos del suelo, la acidez
se debe principalmente a la presencia de CO2 como resultado de la oxidación de la materia orgánica, ó
proveniente de la atmósfera. Ambos parámetros se encuentran estrechamente relacionados entre sí y
con el pH del agua, las ecuaciones de equilibrio que describen esta relación son las siguientes:
(1) CO2 + H2O
(2) H2CO3
(3) CO2 + H2O
Primera disociación del ácido carbónico:
K1 =
H2CO3
H+ + HCO3H+ + HCO3-
[H+][HCO3-]
[CO2][H2O]
(4) H2CO3
H+ + HCO3-
Segunda disociación del ácido carbónico:
K2 =
[H+][CO3=]
[HCO3-]
La dureza es una propiedad que refleja la presencia de metales alcalinotérreos en el agua. De estos
elementos el magnesio y el calcio constituyen los principales compuestos alcalinotérreos en aguas
continentales. La dureza en el agua es el resultado de de la disolución y lavado de los minerales que
componen el suelo y las rocas. La dureza es más frecuente en aguas subterráneas, aunque algunos
vertimientos de aguas residuales pueden presentan dureza. En relación con la salud la dureza no suele
ser un problema para el consumo humano ni de otras especies. Sin embargo tiene efectos adversos
sobre muchos usos industriales y domésticos.
OBJETIVOS
 Determinar la acidez, la alcalinidad y la dureza total en agua proveniente de diferentes fuentes
 Relacionar la acidez, la alcalinidad, la dureza total y el pH con procesos de contaminación y
tratamiento del agua.
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MATERIALES Y REACTIVOS
- Erlenmeyer de 125 ml
- Pipetas graduadas de 5 y 10 ml
- Bureta
- Pinzas para bureta
- Soporte universal
- Potenciometro
- EDTA 0.01m
- Negro de ericromo
- Solución amortiguadora pH=10
- H2SO4 0.02 N
- NaOH 0.02 N
PROCEDIMIENTO
Determinación de la alcalinidad
Tomar 50 ml de la muestra con una pipeta graduada teniendo cuidado de no agitar la muestra,
transferir este volumen a un erlenmeyer, empezar la titulación adicionando el H 2SO4 0.02N a intervalos
de 0.5 ml, asegurándose de mezclar muy bien entre cada aplicación del ácido y midiendo el pH.
Continuar la titulación con el ácido hasta alcanzar un pH de 8,3 y registrar el volumen consumido de
ácido (F), continuar la titulación hasta alcanzar un pH de 4,5 y registrar el volumen (M).
Calcular las diferentes formas de alcalinidad contenidas en la muestra en mg/L de CaCO3 aplicando la
ecuación y la tabla que se muestran a continuación:
Alcalinidad mg/L CaCO3 =
Va x N x 50000
Vm
Donde:
Va = Volumen del ácido gastado en ml, N= Normalidad del ácido sulfúrico en eq/L ,Vm= Volumen de la
muestra, 50000= Factor de conversión cuya unidad es mg CaCO3/eq
-
Alcalinidad en sus diferentes formas
Caso
Relación
Condición
Alcalinidad de
hidróxidos(OH-)
Alcalinidad
de
carbohidratos
(CO3=)
Alcalinidad
de
bicarnonatos
(HCO3-)
1
F=M
OH-
F=M
0
0
2
F > M/2
OH- y CO3=
2F-M
2(M-F)
0
3
F = M/2
CO3=
0
2F=M
0
4
F < M/2
CO3= y
HCO3-
0
2F
M-2F
5
F=0
HCO3-
0
0
M
F: alcalinidad por fenoftaleina
M: alcalinidad por metil-naranjo o también alcalinidad Total
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Determinación de la acidez
Tomar 50 ml de la muestra con una pipeta graduada teniendo cuidado de no agitar la muestra,
transferir este volumen a un erlenmeyer, empezar la titulación adicionando el NaOH 0.02N a intervalos
de 0.5 ml, asegurándose de mezclar muy bien entre cada aplicación del ácido y midiendo el pH.
Continuar la titulación con la base hasta alcanzar un pH de 8,3 y registrar el volumen consumido de la
base.
Calcular las diferentes la acidez contenida en la muestra en mg/L de CaCO3 aplicando la siguiente
ecuación:
Acidez mg/L CaCO3 =
Vb x N x 50000
Vm
Donde:
Vb = Volumen de la base gastada en ml, N= Normalidad del hidróxido de sodio en eq/L,Vm= Volumen
de la muestra, 50000= Factor de conversión cuya unidad es mg CaCO3/eq
Un valor negativo significa alcalinidad.
Determinación de la dureza total
Tomar 25 ml de muestra usando una pipeta volumétrica y diluirla con 25 ml de agua destilada,
adicionar 1 a 2 ml de solución amortiguadora pH=10, luego adicionar 1 a 2 gotas de indicador negro de
ericromo y titular lentamente con EDTA 0.01M hasta el viraje de color vino tinto a azul. Para calcular la
dureza total:
Dureza Total mg/L CaCO3=
VEDTA x MEDTA x PM CaCO3 x 1000 mg/g
Vm
donde: = VEDTA Volumen EDTA consumido (ml) MEDTA = Molaridad de EDTA
CaCO3 (g/mol) y Vm= Volumen de muestra (ml)
PM: Peso Molecular de
CUESTIONARIO
1. Qué es acidez mineral? A qué tipo de muestra se le debe realizar esta prueba?
2. ¿Qué importancia tiene el sistema amortiguador carbonato-bicarbonato para cuerpos de agua
naturales? Contemple los procesos metabólicos fundamentales de fotosíntesis – respiración
celular para explicar.
3. ¿Que indica la dureza en el agua natural? Cuál es la razón por la cual debe ser evaluada en
sistemas de agua potable?
4. Realice un análisis de los resultados que arrojó la muestra analizada y de acuerdo al origen
5. Explique la razón por la cual la alcalinidad es importante en los procesos de coagulación
química, ablandamiento, control de corrosión y evaluación de la capacidad tampona del agua y
así como su papel en la productividad de los ecosistemas naturales.
BIBLIOGRAFIA
APHA, AWWA, APLF. Métodos normalizados para análisis de aguas y aguas residuales. 17 edición.
American Public Health Association Enc. New York 1992.
ROMERO, JA. 1996. Acuiquímica. Escuela Colombiana de Ingeniería. Santafé de Bogotá. Páginas 226.