República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universidad Nacional Experimental “Simón Rodríguez” Núcleo-Canoabo “Dr. Félix Adam” Ingeniería de Alimentos PRÁCTICA N°2 DETERMINACIÓN DE LA ALCALINIDAD TOTAL Y PARCIAL DE UNA MUESTRA DE AGUA Y LA IDENTIFICACIÓN DE LA MEZCLA ALCALINA PRESENTE MEDIANTE UNA VALORACIÓN TIPO ÁCIDO – BASE CON EL USO DEL MÉTODO DE LOS DOS INDICADORES. Facilitadora: Participantes: Ing. Ninoska Delgado. Br. Eliber Sequera. C.I: 30.585.074. Br. Carmen Navas. C.I: 28.084.835. Br. María Muñoz. C.I: 28.380.347. Noviembre, 2023. 1. OBJETIVO GENERAL Realizar la evaluación de una muestra de agua, determinando experimentalmente, a través de una titulación volumétrica, su alcalinidad total, su alcalinidad a la fenolftaleína, y el tipo de mezcla alcalina presente, para comparar dichos resultados con la clasificación de los cuerpos de agua según la alcalinidad. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2.1. Comprobar la aplicación de una técnica volumétrica con el uso de dos indicadores para la identificación de mezclas alcalinas presentes en una muestra de agua y la determinación de su alcalinidad total y parcial. 2.2. Evaluar el empleo del carbonato de sodio como patrón primario para la estandarización de un ácido, y la determinación de los puntos finales por el viraje de un indicador de fenolftaleína y de naranja de metilo. 2.3. Evaluar la posibilidad de aplicación de un tratamiento estadístico a los valores obtenidos en forma experimental. 2.4. Establecer el tipo de muestra evaluada según la clasificación de cuerpos de agua de acuerdo a la alcalinidad determinada experimentalmente. 3. MARCO TEÓRICO. El agua juega un papel fundamental en las empresas químicas y la industria alimentaria, ya que es un recurso esencial para llevar a cabo numerosos procesos y actividades en ambas industrias. La misma, forma parte de los procesos de producción tanto de empresas químicas como alimentarias. Por ejemplo, en la industria química, el agua se utiliza como disolvente, reactivo o agente de limpieza. Y en la industria alimentaria, por otro lado, se emplea en la limpieza de equipos, en la cocción de alimentos y en la producción de bebidas. Asimismo, el vital líquido es necesario para asegurar la calidad de los productos finales. En la industria química, se utiliza para diluir y mezclar sustancias, lo que permite obtener productos consistentes y homogéneos. En la industria alimentaria, se utiliza para el lavado y enjuague de alimentos, garantizando la seguridad alimentaria (Gales, K. 2013). Por otro lado, el uso eficiente del agua en las empresas químicas y la industria alimentaria contribuye a la eficiencia energética. Por ejemplo, el agua se utiliza en la refrigeración de equipos y en la generación de vapor, lo que ayuda a reducir el consumo de energía. Además, tanto las empresas químicas como la industria alimentaria deben cumplir con regulaciones y normativas relacionadas con el uso responsable y seguro del agua. Esto implica implementar prácticas de conservación y gestión eficiente del recurso (Dickey, D. 2017). Un agua sin tratamiento sanitario puede tener diversas consecuencias negativas en las empresas químicas y alimentarias. En primer lugar, puede afectar la calidad de los productos finales. El agua no tratada puede contener microorganismos, como bacterias y virus, así como contaminantes químicos, como metales pesados y pesticidas. Estos contaminantes pueden transferirse a los productos durante los procesos de producción, lo que puede poner en riesgo la seguridad y la salud de los consumidores. A parte de esto, un agua sin tratamiento sanitario puede afectar la eficiencia y la vida útil de los equipos y maquinarias utilizados en las empresas químicas y alimentarias. La presencia de minerales y sedimentos en el agua puede causar obstrucciones y corrosión en los sistemas de tuberías y equipos, lo que puede llevar a fallos en el funcionamiento y aumentar los costos de mantenimiento (Liptak, B. 2019). Es por esto, que el uso de la alcalinidad total y parcial en química analítica se propone con el objetivo de determinar la concentración de especies alcalinas presentes en una muestra. Según el autor Gary D. Christian en su libro "Analytical Chemistry", el uso de la alcalinidad total y parcial es importante en la química analítica debido a que los iones hidróxido y carbonato pueden tener efectos significativos en diversos procesos químicos y medioambientales. Por ejemplo, en la industria del agua, la alcalinidad se utiliza para controlar la acidez y estabilizar el pH de las aguas de consumo y de los efluentes industriales. En la química del suelo, la alcalinidad puede afectar la disponibilidad de nutrientes para las plantas y la capacidad de retención de metales pesados. En definitiva, el uso de la alcalinidad total y parcial en química analítica permite cuantificar la concentración de iones hidróxido y carbonato en una muestra, lo que es relevante para comprender y controlar diversos procesos químicos y medioambientales. 3.1. LA ALCALINIDAD. Es la medida de la capacidad del agua para neutralizar ácidos. A diferencia del pH, que indica si una solución es un ácido o una base, la alcalinidad expresa cuánto ácido puede absorber una solución sin cambiar el pH. Es esencialmente, la capacidad amortiguadora de una solución. Por lo tanto, las soluciones con baja alcalinidad tienen una menor capacidad de amortiguación y cambian el pH con bastante rapidez cuando se agrega algo ácido. En las fuentes de agua naturales, la alcalinidad varía según la ubicación geográfica. La geología del área influye directamente en la cantidad de alcalinidad. Los minerales de las rocas y el suelo circundantes son los principales responsables. Por ejemplo, las áreas con una alta frecuencia de piedra caliza tendrán una alcalinidad mucho más alta que las áreas que tienen una alta frecuencia de granito. Al medir la alcalinidad, los resultados se muestran como ppm de carbonato de calcio (CaCO3). Los iones de hidróxido (OH–), los iones de bicarbonato (HCO3–) y los iones de carbonato (CO32-) contribuyen a la alcalinidad del agua (Leblanc, N. 2010). La alcalinidad es importante en una variedad de industrias. Todo, desde acuarios y acuicultura hasta enchapado y tratamiento de agua, requiere pruebas de alcalinidad. No conocer la alcalinidad del agua en varios campos puede tener consecuencias y resultados desastrosos para el producto final. Vigilar correctamente la alcalinidad puede ahorrar tiempo, materiales y dinero a los usuarios y operadores. La misma, puede influir en cómo se debe tratar el agua durante todo el proceso de tratamiento de agua. La importancia de la alcalinidad es significativa en los fenómenos de coagulación y ablandamiento, así como en la prevención de la corrosión. Por lo general, se mide en el agua de la fuente y en el agua de distribución, aunque también se puede medir en la etapa de coagulación y floculación (Bessemer, H. 2019). 3.2. MEZCLAS ALCALINAS. El término "mezclas alcalinas" no es un concepto ampliamente reconocido en la química. Sin embargo, podemos entenderlo como una referencia a mezclas que contienen sustancias alcalinas o básicas. Según el autor Raymond Chang en su libro "Chemistry", las sustancias alcalinas son aquellas que tienen propiedades básicas, es decir, tienen la capacidad de aceptar protones (iones H+) en una reacción química. Algunos ejemplos de sustancias alcalinas comunes incluyen el hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH) y carbonato de sodio (Na2CO3). Por lo tanto, podemos inferir que las mezclas alcalinas son aquellas que contienen una combinación de sustancias básicas o alcalinas. Estas mezclas pueden tener diversas aplicaciones en la industria y la investigación, como en la producción de productos químicos, la regulación del pH en soluciones acuosas o la fabricación de productos de limpieza. 4. MARCO METODÓLOGICO. PROCEDIMIENTO N.1: ESTANDARIZACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO. Para esta actividad, inicialmente se preparó la solución ácido sulfúrico con la que posteriormente se curó y enrazo la bureta utilizada durante todas las titulaciones. Una vez hecho el paso anterior, se preparó la dilución de carbonato de sodio para la que se pesaron en un mini biker 1,0652gr de dicho compuesto, agregando agua destilada al mismo hasta diluir todas las partículas solidas presentes. Una vez diluido, se agregó a un balón aforado de 100ml y se adicionó al mismo, agua destilada hasta llegar a la línea de aforo. Una vez lista la dilución, se añadieron a tres fiolas previamente identificada (1, 2, 3) 10ml de la dilución mencionada y adicionalmente se agregaron tres gotas del indicador naranja de metilo. Posterior a los pasos ya mencionados se inició con cada una de las titulaciones de las tres fiolas hasta llegar al viraje del indicador. Por último, se descartó el contenido de cada una de las fiolas, se anotaron los volúmenes gastados en cada titulación y se lavaron muy bien los materiales utilizados. PROCEDIMIENTO N.2: DETERMINACIÓN DE LA ALCALINIDAD TOTAL Y PARCIAL DE LA MUESTRA PROBLEMA. Esta actividad, se realizó con tres muestras problemas diferentes. Siguiendo el mismo procedimiento para las tres. Principalmente se realizó el montaje adecuado, para proceder a curar y enrazar la bureta con la solución de acido sulfúrico. Una vez hecho esto, a tres fiolas previamente identificadas numéricamente se añadieron 30ml de la muestra problema (utilizándose las muestras 4, 9 y A33) para luego adicionarles tres gotas del indicador de fenolftaleína, se realizó la titulación por triplicado hasta lograr el viraje del indicador, se anotaron los volúmenes gastados en cada titulación con dicho indicador (para las tres muestras). Una vez observado el cambio de color del primer indicador, a las mismas muestras (sin descartar), se adicionaron 3 gotas de indicador naranja de metilo, y se procedió a realizar el procedimiento anterior, es decir, se realizaron las titulaciones por triplicado de cada una de las muestras hasta lograr el viraje del segundo indicador. Posterior a esto, se anotaron los volúmenes gastados, se descartó el contenido de cada una de las fiolas y se lavaron muy bien los materiales utilizados durante la ejecución de la práctica. 5. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES. Para la primera actividad ejecutada: Estandarización de la Solución de Ácido Sulfúrico, la cual como ya fue mencionado anteriormente se realizó por triplicado, se observó en tiempo breve el viraje de color del indicador utilizado (naranja de metilo). Se observó de manera clara ya que la solución contenida en las fiolas para esta titulación, antes de añadir el indicador estaban incoloras, al añadir las tres gotas del mismo se tornaron de un color amarillo oscuro (figura 1) y al realizar y terminar la titulación, el contenido de las fiolas pasó de estar amarillo a un color naranja fuerte ó ladrillo (figura 2). Figura 1. Solución de carbonato de sodio al agregarle 3 gotas de indicador naranja de metilo. Figura 2. Solución de carbonato de sodio ya titulada con la solución de ácido sulfúrico. Para la segunda actividad: Determinación de la Alcalinidad Total y Parcial de la Muestra Problema (que como ya se mencionó, fueron utilizadas tres muestras problemas), se llevó a cabo una titulación dividida en dos fases. Para la primera fase, se utilizó como indicador fenolftaleína, donde las observaciones experimentales para las tres muestras fueron que, al momento de añadir dicho indicador a las muestras de agua (4, 9 y 33), las mismas, viraron a un color fucsia (Figura 3) y al realizar la titulación viró del color mencionado a incolora. Luego, al añadir las gotas del segundo indicador naranja de metilo, la muestra pasó de incolora a naranja pálido (Figura 4) y al realizar la titulación con el ácido sulfúrico, pasó de naranja a rojo fuerte (Figura 5). Figura 3. Coloración de la muestra problema de agua N° 4 al adicionarle el indicador fenolftaleína. Figura 4. Coloración de la muestra problema de agua N° 4 al adicionarle el indicador naranja de metilo. Figura 5. Coloración de la muestra problema de agua N° 4 con el indicador naranja de metilo, una vez culminada la titulación con ácido sulfúrico. Cabe recalcar, que las observaciones descritas previamente fueron vistas en cada una de las muestras utilizadas (4, 9 y A33) lo que significa que los colores presentados en las titulaciones de cada una de ellas, son los que se mencionan en el párrafo anterior. 6. TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS. 6.1.- TABLAS DE DATOS TABLA I. VOLÚMENES GASTADOS EN LA TITULACIÓN POR TRIPLICADO DE LAS MUESTRAS DE CARBONATO DE SODIO. VOLUMEN DE MUESTRAS ÁCIDO SULFÚRICO (V ± 0,02) ml 1 8,70 2 7,90 3 8,40 Alícuota de volumen de muestra de solución diluida en cada fiola = (10,00 ± 0,02) ml TABLA II. VOLÚMENES GASTADOS EN LA TITULACIÓN POR TRIPLICADO DE LAS MUESTRAS DE AGUA CON LA APLICACIÓN DEL METODO DE LOS DOS INDICADORES. MUESTRAS 4 9 33 VOLUMEN 1 DE VOLUMEN 2 DE ÁCIDO SULFÚRICO (V1 ± ÁCIDO SULFÚRICO (V2 ± 0,02) ml 0,02) ml 5,30 11,90 5,10 12,10 5,00 16,00 20,20 5,40 19,80 6,40 19,90 5,50 1,40 4,10 1,40 2,90 1,50 3,40 Alícuota de volumen de muestra de solución diluida en cada fiola = (30,00 ± 0,02) ml 6.2.- RESULTADOS SOLUCIÓN CONCENTRACIÓN CARBONATO DE SODIO 𝟎, 𝟏𝑴 ± 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟖 ÁCIDO SULFÚRICO 𝟎, 𝟏𝟐 𝑴 ± 𝟎, 𝟎𝟎𝟓 MUEST RA VOLÚM MILIMOLES ENES DE LAS ESPECIES GASTADOS PRESENTES ALCALINIDAD PARCIAL Y TOTAL AtotalNaHCO3: 5087,04 ppm NaHCO3: 4 V1 < V2 ANMNaHCO3: 2912,34 ppm 0,82mmol Na2CO3: 0,61mmol Atotal Na2CO3: 8064 ppm ANM Na2CO3: 4616,64 ppm NaOH: 1,70mmol 9 V1 > V2 AtotalNaOH: 1823,54 ppm Na2CO3: 0,62mmol NaHCO3: 0,24mmol AtotalNa2CO3: 2416,34 ppm AtotalNaHCO3: 2325,12 ppm ANMNaHCO3: 1364,16 ppm Na2CO3: 33 V1 < V2 0,17mmol AtotalNa2CO3: 1466,76 ppm ANM Na2CO3: 860,56 ppm 7. CÁLCULOS TÍPICOS 7.1.- CÁLCULOS PARA LA PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE CARBONATO DE SODIO (Na2CO3) AL 0,1 M. Cálculo de los gramos teóricos para preparar la solución 𝟎, 𝟏𝑳 × Cálculo de concentración real 𝟏, 𝟎𝟔𝟒𝟐𝒈 × 𝟎, 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝟏𝟎𝟓, 𝟗𝟗 𝒈 𝟏𝟎𝟎𝒈 × × = 𝟏, 𝟎𝟔𝟓𝟐 𝒈 𝟏𝑳 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝟗𝟗, 𝟓 𝒈 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝟏𝟎𝟎 𝒈 × × = 0,1009 𝑀 ≈ 𝟎, 𝟏 𝑴 𝟏𝟎𝟓, 𝟗𝟗 𝒈 𝟗𝟗, 𝟓 𝒈 𝟎, 𝟏𝑳 Cálculo del error de pesaje del carbonato de sodio 𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 𝑨𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 = 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝑹𝒆𝒂𝒍 − 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝑻𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = 1,0642 𝑔 − 1,0652 𝑔 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = −0,0010 𝑔 Cálculo de la desviación estándar ∆𝒂 𝟐 ∆𝒃 𝟐 √ ∆𝑴 = ±𝑴 × ( ) + ( ) 𝒂 𝒃 0,0001 𝑔 2 0,08 𝑚𝑙 2 √ ∆𝑴 = ± 0,1 𝑀 × ( ) +( ) 1,0642 𝑔 100,00 𝑚𝑙 ∆𝑴 = ± 0,1 𝑀 × √8,8298 𝑥 10−9 + 6,40 𝑥 10−7 ∆𝑴 = ± 0,1 𝑀 × √6.488298 𝑥 10−7 ∆𝑴 = ± 0,1 𝑀 × 8,05 𝑥 10−4 ∆𝑴 = ± 0,00008 Por lo tanto, el resultado de la concentración real del carbonato de sodio sería: 𝑴 = 𝟎, 𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎 ± 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟖 7.2.- DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL POR MEDIO DE LA ESTANDARIZACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICO. Cálculos para determinar la media de acuerdo a los volúmenes gastados de ácido sulfúrico (V ± 0,02) ml Vol. fiola 1: 8,70 Vol. fiola 2: 7,90 Vol. fiola 3: 8,40 8,70 + 7,90 + 8,40 = 8,33𝑚𝑙 3 Prueba Q de rechazo del volumen sospechoso 𝑸= 𝑄= 𝒂 𝒘 8,40 − 7,90 8,70 − 7,90 𝑄 = 0,40 Cálculo de la concentración de ácido sulfúrico 𝑴𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝑴𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝑴𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 × 𝑽𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 𝑽𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 0,1 × 10,00 = 0,12 𝑀 8,33 Cálculo para convertir la concentración del ácido sulfúrico de Molaridad a Normalidad H2SO4: 2 eq/mol 0,12 𝑚𝑜𝑙 2 𝑒𝑞 × = 0,24𝑁 𝐿 𝑚𝑜𝑙 Cálculo de la desviación estándar para el volumen de ácido sulfúrico gastado 𝑺 = √ ∑(𝑋1 − 𝑋̅)2 𝑁−1 𝑺=√ (8,70 − 8,33)2 + (7,90 − 8,33)2 + (8,40 − 8,33)2 3−1 𝑺=√ 1,37𝑥10−1 + 1,85𝑥10−1 + 4,9𝑥10−3 2 𝑺 = √0,16 𝑺 = 𝟎, 𝟒 Cálculo para determinar el error de la concentración del ácido sulfúrico ∆𝑴 = ± 0,12 𝑀 × √( 0,00008 2 0,02 2 0,40 2 ) +( ) +( ) 0,10000 10,00 8,33 ∆𝑴 = ± 0,12 𝑀 × √6,40 𝑥 10−7 + 4,00 𝑥 10−6 + 2,30 𝑥 10−3 ∆𝑴 = ± 0,12 𝑀 × √2,30 𝑥 10−3 ∆𝑴 = ± 0,12 𝑀 × 4,79 𝑥 10−2 ∆𝑴 = ± 0,005 Por lo tanto, el resultado de la concentración del ácido sulfúrico con su error asociado sería: 𝑴 = 𝟎, 𝟏𝟐 𝑴 ± 𝟎, 𝟎𝟎𝟓 7.3.- DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD TOTAL Y PARCIAL DE LAS ESPECIES PRESENTES EN LA MUESTRA DE AGUA N° 4 Cálculo del gasto medio de la fase I usando la Fenolftaleína como indicador (V ± 0,02) ml Vol. fiola 1: 5,30 Vol. fiola 2: 5,10 Vol. fiola 3: 5,00 5,30 + 5,10 + 5,00 = 5,13𝑚𝑙 3 Cálculo de la desviación estándar para la fase I 𝑺=√ (5,30 − 5,13)2 + (5,10 − 5,13)2 + (5,00 − 5,13)2 3−1 𝑺=√ 2,89𝑥10−2 + 9𝑥10−4 + 1,69𝑥10−2 2 𝑺 = √0,02 𝑺 = 𝟎, 𝟏𝟒 Por lo tanto, el resultado para el gasto de ácido sulfúrico para la fase I de la muestra de agua N° 4 (𝟓, 𝟏 ± 𝟎, 𝟏) 𝒎𝒍 Valores gastados en la fase II de la titulación con Naranja de metilo Vol. fiola 1: 11,90 Vol. fiola 2: 12,10 Vol. fiola 3: 16,00 Prueba Q de rechazo del volumen sospechoso 𝑸= 𝑄= 𝒂 𝒘 16,00 − 12,10 16,00 − 11,90 𝑄 = 0,951 Tomando el Q tabulado del 90%, el cual es de 0,941 y Q calculado 0,951, podemos decir que Qcalc > Qtab por lo tanto el valor considerado como sospechoso es rechazado y solo se tomarán los otros 2 valores Cálculo del gasto medio de la fase II usando la Naranja de metilo como indicador (V ± 0,02) ml 11,90 + 12,10 = 12,00𝑚𝑙 2 Cálculo de la desviación estándar para la fase II 𝑺=√ (11,90 − 12,00)2 + (12,10 − 12,00)2 3−1 𝑺=√ 1,00𝑥10−2 + 1,00𝑥10−2 1 𝑺 = √0,02 𝑺 = 𝟎, 𝟏𝟒 Por lo tanto, el resultado para el gasto de ácido sulfúrico para la fase II de la muestra de agua N° 4 (𝟏𝟐, 𝟎 ± 𝟎, 𝟏) 𝒎𝒍 Calculo para determinar el volumen total consumido de ácido sulfúrico 𝑽𝑻 = 𝑽 𝟏 + 𝑽𝟐 𝑉𝑇 = 5,1 + 12 𝑽𝑻 = 𝟏𝟕, 𝟏 𝒎𝒍 Cálculos para determinar los pesos equivalentes 𝑷𝑬𝒒 = 𝑷𝑴 𝑽𝒂𝒍𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑷𝑬𝒒 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 𝟏𝟎𝟓, 𝟗𝟗 = 𝟓𝟐, 𝟗𝟗 𝟐 𝑷𝑬𝒒 𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 = 𝑷𝑬𝒒 𝑵𝒂𝑶𝑯 = 𝟖𝟒 = 𝟖𝟒 𝟏 𝟑𝟗, 𝟗𝟗 = 𝟑𝟗, 𝟗𝟗 𝟏 Cálculos para determinar Alcalinidad Parcial y Total a la fenolftaleína del carbonato de sodio 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒂𝒍 = 𝑽𝟏 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑎𝑙 = 5,13𝑚𝑙 × 0,24𝑁 × 52,99 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 = 2174,70 𝑝𝑝𝑚 𝑨𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝟐 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 12,00𝑚𝑙 × 0,24𝑁 × 52,99 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 5087,04 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar Alcalinidad para Naranja de metilo 𝑨𝑵𝑴 = 𝑨𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 − 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑨𝑵𝑴 = 5087,04 − 2174,70 𝐴𝑁𝑀 = 2912,34 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar Alcalinidad Parcial y Total a la fenolftaleína del bicarbonato de sodio 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒂𝒍 = 𝑽𝟏 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑎𝑙 = 5,13𝑚𝑙 × 0,24𝑁 × 84,00 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 = 3447,36 𝑝𝑝𝑚 𝑨𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝟐 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 12,00𝑚𝑙 × 0,24𝑁 × 84,00 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 8064,00 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar Alcalinidad para Naranja de metilo 𝑨𝑵𝑴 = 𝑨𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 − 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑨𝑵𝑴 = 8064,00 − 3447,36 𝐴𝑁𝑀 = 4616,64 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar los milimoles de las especies presentes en la muestra de agua 𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 = 𝑴á𝒄𝒊𝒅𝒐 × (𝑽𝟐 − 𝑽𝟏 ) 𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 = 0,12𝑀 × (12,00 − 5,13) 𝑚𝑙 𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 = 0,82 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 𝑴á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑽𝟏 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 0,12𝑀 × 5,13 𝑚𝑙 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 0,61 𝑚𝑚𝑜𝑙 7.4.- DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD TOTAL Y PARCIAL DE LAS ESPECIES PRESENTES EN LA MUESTRA DE AGUA N° 9 Cálculo del gasto medio de la fase I usando la Fenolftaleína como indicador (V ± 0,02) ml Vol. fiola 1: 20,20 Vol. fiola 2: 19,80 Vol. fiola 3: 19,90 20,20 + 19,80 + 19,90 = 19,96𝑚𝑙 3 Cálculo de la desviación estándar para la fase I 𝑺=√ (20,20 − 19,96)2 + (19,80 − 19,96)2 + (19,90 − 19,96)2 3−1 𝑺=√ 5,76𝑥10−2 + 2,56𝑥10−2 + 3,6𝑥10−3 2 𝑺 = √0,0434 𝑺 = 𝟎, 𝟐 Por lo tanto, el resultado para el gasto de ácido sulfúrico para la fase I de la muestra de agua N° 9 (𝟏𝟗, 𝟗 ± 𝟎, 𝟐) 𝒎𝒍 Cálculo del gasto medio de la fase II usando la Naranja de metilo como indicador (V ± 0,02) ml Vol. fiola 1: 5,40 Vol. fiola 2: 6,40 Vol. fiola 3: 5,50 5,40 + 6,40 + 5,50 = 5,76 𝑚𝑙 3 Prueba Q de rechazo del volumen sospechoso 𝑸= 𝑄= 𝒂 𝒘 6,40 − 5,50 6,40 − 5,40 𝑄 = 0,9 Tomando el Q tabulado del 90%, el cual es de 0,941 y Q calculado 0,9, podemos decir que Qtab > Qcalc el valor considerado como sospechoso puede usarse Cálculo de la desviación estándar para la fase II 𝑺=√ (5,40 − 5,76)2 + (6,40 − 5,76)2 + (5,50 − 5,76)2 3−1 1,29𝑥10−1 + 4,09𝑥10−1 + 6,76𝑥10−2 𝑺=√ 2 𝑺 = √0,3028 𝑺 = 𝟎, 𝟓 Por lo tanto, el resultado para el gasto de ácido sulfúrico para la fase II de la muestra de agua N° 9 (𝟓, 𝟕 ± 𝟎, 𝟓) 𝒎𝒍 Calculo para determinar el volumen total consumido de ácido sulfúrico 𝑽𝑻 = 𝑽 𝟏 + 𝑽𝟐 𝑉𝑇 = 19,9 + 5,7 𝑽𝑻 = 𝟐𝟓, 𝟔 𝒎𝒍 Cálculos para determinar Alcalinidad Parcial y Total a la fenolftaleína del carbonato de sodio 𝑽𝟏 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒂𝒍 = 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑎𝑙 = 19,9𝑚𝑙 × 0,24 × 52,99 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 = 8436,00 𝑝𝑝𝑚 𝑨𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝟐 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 5,7𝑚𝑙 × 0,24𝑁 × 52,99 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2416,34 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar Alcalinidad Parcial y Total a la fenolftaleína del hidróxido de sodio 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒂𝒍 = 𝑽𝟏 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝑶𝑯 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑎𝑙 = 19,9𝑚𝑙 × 0,24 × 39,99 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 = 6336,40 𝑝𝑝𝑚 𝑨𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝟐 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝑶𝑯 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 5,7𝑚𝑙 × 0,24𝑁 × 39,99 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1823,54 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar los milimoles de las especies presentes en la muestra de agua 𝑵𝒂𝑶𝑯 = 𝑴á𝒄𝒊𝒅𝒐 × (𝑽𝟏 − 𝑽𝟐 ) 𝑵𝒂𝑶𝑯 = 0,12𝑀 × (19,9 − 5,70) 𝑚𝑙 𝑵𝒂𝑶𝑯 = 1,70 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 𝑴á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑽𝟐 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 0,12𝑀 × 5,70 𝑚𝑙 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 0,62 𝑚𝑚𝑜𝑙 7.5.- DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD TOTAL Y PARCIAL DE LAS ESPECIES PRESENTES EN LA MUESTRA DE AGUA N° 33 Cálculo del gasto medio de la fase I usando la Fenolftaleína como indicador (V ± 0,02) ml Vol. fiola 1: 1,40 Vol. fiola 2: 1,40 Vol. fiola 3: 1,50 1,40 + 1,40 + 1,50 = 1,43𝑚𝑙 3 Cálculo de la desviación estándar para la fase I 𝑺=√ (1,40 − 1,43)2 + (1,40 − 1,43)2 + (1,50 − 1,43)2 3−1 9𝑥10−4 + 9𝑥10−4 + 4,9𝑥10−3 𝑺=√ 2 𝑺 = √0,00335 𝑺 = 𝟎, 𝟎𝟓 Por lo tanto, el resultado para el gasto de ácido sulfúrico para la fase I de la muestra de agua N° 33 (𝟏, 𝟒 ± 𝟎, 𝟎𝟓) 𝒎𝒍 Cálculo del gasto medio de la fase II usando la Naranja de metilo como indicador (V ± 0,02) ml Vol. fiola 1: 4,10 Vol. fiola 2: 2,90 Vol. fiola 3: 3,40 4,10 + 2,90 + 3,40 = 3,46 𝑚𝑙 3 Prueba Q de rechazo del volumen sospechoso 𝑸= 𝑄= 𝒂 𝒘 4,10 − 3,40 4,10 − 2,90 𝑄 = 0,583 Tomando el Q tabulado del 90%, el cual es de 0,941 y Q calculado 0,583, podemos decir que Qtab > Qcalc el valor considerado como sospechoso puede usarse Cálculo de la desviación estándar para la fase II 𝑺=√ (4,10 − 3,46)2 + (2,90 − 3,46)2 + (3,40 − 3,46)2 3−1 𝑺=√ 4,09𝑥10−1 + 3,13𝑥10−1 + 3,6𝑥10−3 2 𝑺 = √0,3628 𝑺 = 𝟎, 𝟔 Por lo tanto, el resultado para el gasto de ácido sulfúrico para la fase II de la muestra de agua N° 33 (𝟑, 𝟒 ± 𝟎, 𝟔) 𝒎𝒍 Calculo para determinar el volumen total consumido de ácido sulfúrico 𝑽𝑻 = 𝑽 𝟏 + 𝑽𝟐 𝑉𝑇 = 1,4 + 3,4 𝑽𝑻 = 𝟒, 𝟖 𝒎𝒍 Cálculos para determinar Alcalinidad Parcial y Total a la fenolftaleína del carbonato de sodio 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒂𝒍 = 𝑽𝟏 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑎𝑙 = 1,43𝑚𝑙 × 0,24 × 52,99 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 = 606,20 𝑝𝑝𝑚 𝑨𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝟐 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3,46𝑚𝑙 × 0,24𝑁 × 52,99 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1466,76 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar Alcalinidad para Naranja de metilo 𝑨𝑵𝑴 = 𝑨𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 − 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑨𝑵𝑴 = 1466,76 − 606,20 𝐴𝑁𝑀 = 860,56 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar Alcalinidad Parcial y Total a la fenolftaleína del bicarbonato de sodio 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒂𝒍 = 𝑽𝟏 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑎𝑙 = 1,43𝑚𝑙 × 0,24 × 84,00 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 = 960,96 𝑝𝑝𝑚 𝑨𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝟐 × 𝑵á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑷𝑬𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑽𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3,46𝑚𝑙 × 0,24𝑁 × 84,00 × 1000 30,00 𝑚𝑙 𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2325,12 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar Alcalinidad para Naranja de metilo 𝑨𝑵𝑴 = 𝑨𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 − 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑨𝑵𝑴 = 2325,12 − 960,96 𝐴𝑁𝑀 = 1364,16 𝑝𝑝𝑚 Cálculos para determinar los milimoles de las especies presentes en la muestra de agua 𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 = 𝑴á𝒄𝒊𝒅𝒐 × (𝑽𝟐 − 𝑽𝟏 ) 𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 = 0,12𝑀 × (3,46 − 1,43) 𝑚𝑙 𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 = 0,24 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 𝑴á𝒄𝒊𝒅𝒐 × 𝑽𝟏 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 0,06𝑀 × 1,43 𝑚𝑙 𝑵𝒂𝟐𝑪𝑶𝟑 = 0,17 𝑚𝑚𝑜𝑙 8. DISCUSIÓN DE OBSERVACIONES Y RESULTADOS. De acuerdo con los resultados obtenidos en la estandarización de la solución de ácido sulfúrico utilizando la solución de carbonato de sodio como patrón primario de dicha estandarización se determinó que la solución de ácido sulfúrico se encontraba al 0,12M, teniendo en cuenta que dicha concentración debía encontrarse al 0,1M este resultado experimental podría atribuirse a los errores tanto de los instrumentos utilizados para medir los 333,33ml de ácido sulfúrico como al posible error humano al preparar la solución. Por otro lado, una vez obtenida la concentración de la solución titulante se procedió a realizar las siguientes titulaciones de las tres muestras problema de agua (4, 9 y 33), en las cuales se pudo observar para todos los casos que una vez fueron agregadas las tres gotas de fenolftaleína las muestras viraron de incoloras a fucsia, teniendo presente que la fenolftaleína se utiliza como indicador de pH que vira de incoloro a rosado en el intervalo de pH 8.2-10 por lo tanto, esto indicaría la presencia de medios básicos en las tres muestras de agua analizadas, por lo que una vez realizada la titulación con la solución de ácido sulfúrico se logró no solo la neutralización de las muestras sino que estas fueron llevadas a un pH bajo (ácido) produciendo la pérdida del viraje inicial dejando las muestras nuevamente incoloras. Posteriormente al agregarse tres gotas de indicador naranja de metilo las muestras se tornaron de color amarillo debido a que este indicador posee un rango de viraje de pH 3.1-4.4 y cuando se encuentra en medios que posean un pH de 4.4 o mayor su coloración será amarilla, mientras que una vez realizada la titulación las muestras reportaron un color rojo ladrillo, correspondiente al rango de viraje de dicho indicador. En el caso de la muestra N° 4 el volumen medio de titulación para la fase I fue de V1=5,1 ml mientras que para la fase II fue de V2=12,0 ml esto nos presenta una relación V1 < V2 lo que nos indica según la tabla de Relaciones de Volúmenes en las Titulaciones de Mezclas de Hidróxido y Carbonatos, que la muestra posee carbonatos y bicarbonatos de sodio, así mismo al realizar los cálculos correspondientes se pudo determinar que en dicha muestra hay una concentración de carbonato de sodio de 0,61 mmoles y la concentración de bicarbonato de sodio fue de 0,82 mmoles. Por otro lado, la alcalinidad total obtenida fue de 5087,04 ppm de Na2CO3 y 8064,00 ppm de NaHCO3, realizando la comparación con la tabla de la clasificación de los cuerpos de agua según su alcalinidad total, se puede clasificar como muy amortiguadora debido a su elevado valor de ppm. Así mismo en el caso de la muestra N° 9, los volúmenes de titulación fueron, para la fase I de V1=19,9 ml mientras que en la fase II de V2=5,7 ml lo cual nos presenta una relación V1 > V2 lo que de acuerdo a la tabla de Relaciones de Volúmenes en las Titulaciones de Mezclas de Hidróxido y Carbonatos nos indica, que la muestra posee la mezcla alcalina compatible de hidróxido de sodio y carbonato de sodio, dicha mezcla se encuentra en la muestra con las siguientes concentraciones, NaOH=1,70 mmoles y Na2CO3=0,62 mmoles y una alcalinidad total de 2416,34 ppm de Na2CO3 y 1823,54 ppm de NaOH por lo que se considera de acuerdo a la clasificación de los cuerpos de agua, muy amortiguadora debido a que dicho valor es mayor a 75. Por último, se realizó la titulación de la muestra N° 33 en la cual los volúmenes de ácido sulfúrico gastados fueron de V1=1,4 ml y V2=3,4 ml, lo cual según la tabla de Relaciones de Volúmenes en las Titulaciones de Mezclas de Hidróxido y Carbonatos nos presenta una relación V1 < V2 y nos indica la presencia de carbonatos y bicarbonatos de sodio en la muestra, al momento de realizar los cálculos para determinar la concentración de dichos compuestos en la muestra, se obtuvieron los siguientes resultados, Na2CO3=0,17 mmoles y NaHCO3=0,24 mmoles. De igual forma la alcalinidad total calculada para esta muestra fue de 1466,76 ppm de Na2CO3 y 2325,12 ppm de NaHCO3 lo que ubica dicha muestra como muy amortiguadora de acuerdo a la clasificación de los cuerpos de agua. La obtención de valores tan elevados en los resultados de alcalinidad total se deben a que las muestras utilizadas fueron preparadas en el laboratorio por lo que poseen una concentración mayor que si se tratase de muestras de agua naturales como rio, lagos, etc., las cuales si poseen concentraciones menores al orden de 100ppm como se encuentra expresado en la tabla de la clasificación de los cuerpos de agua, en el caso de cuerpos de agua naturales los minerales encontrados generalmente suelen ser carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos de magnesio y calcio, sin embargo, como ya se mencionó anteriormente, al tratarse de muestras preparadas en el laboratorio para la ejecución de esta práctica se trabajó con carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos de sodio. 9. CONCLUSIONES. En definitiva, el objetivo experimental de comprobar la aplicación de una técnica volumétrica con el uso de dos indicadores para la identificación de mezclas alcalinas presentes en una muestra de agua y la determinación de su alcalinidad total y parcial se ha logrado de manera exitosa. A través de esta técnica, se ha demostrado la presencia de sustancias alcalinas en la muestra de agua, en el caso de la muestra N°4 carbonato y bicarbonato de sodio, en la muestra N°9 carbonato e hidróxido de sodio y, por último, para la muestra N°33 carbonato y bicarbonato de sodio nuevamente, de igual manera, se ha determinado tanto su alcalinidad total como parcial utilizando los indicadores adecuados. Este resultado confirma la viabilidad y eficacia de la técnica volumétrica en la identificación y determinación de mezclas alcalinas en muestras de agua. Asimismo, el segundo objetivo también fue ejecutado con éxito. El carbonato de sodio ha demostrado ser un patrón primario confiable para la estandarización del ácido, proporcionando resultados precisos y reproducibles, reportando como resultado de la solución de ácido sulfúrico una concentración de 0,12M. Además, el uso de los indicadores de fenolftaleína y naranja de metilo ha permitido identificar con claridad los puntos finales de la reacción, facilitando la determinación precisa de la concentración del ácido. Estos resultados respaldan la utilidad del carbonato de sodio como patrón primario y de los indicadores utilizados en este procedimiento analítico. Por otra parte, el hecho de evaluar la posibilidad de aplicación de un tratamiento estadístico a los valores obtenidos en forma experimental ha demostrado ser factible y beneficioso. Mediante el uso de técnicas estadísticas adecuadas, se ha logrado analizar e interpretar los datos experimentales de manera más precisa y objetiva. La aplicación de un tratamiento estadístico ha permitido obtener medidas de tendencia central, como la media, así como medidas de dispersión, como la desviación estándar, que brindan una mejor comprensión de la variabilidad de los resultados. Además, se han realizado pruebas de significancia, como la prueba Q de rechazo, para determinar si existen diferencias significativas entre grupos o condiciones. En resumen, el tratamiento estadístico de los valores experimentales ha mejorado la interpretación y la validez de los resultados, proporcionando una base sólida para la toma de decisiones y la elaboración de conclusiones. Y por último, a través de la medición y análisis de la alcalinidad en las muestras de agua, se han podido determinar los niveles de alcalinidad y clasificar los cuerpos de agua de acuerdo a los estándares establecidos, aunque estos hayan resultado mucho más elevados de lo esperado. Esto ha permitido identificar y comprobar que las muestras analizadas no pertenecen a cuerpos de agua dulce, salobre o salino, sino que por el contrario estas muestras fueron preparadas en el laboratorio, lo cual es fundamental para comprender los elevados índices de alcalinidad resultantes, ya que si se tratase de muestras de cuerpos de agua naturales (mares, lagunas, ríos, etc) se habrían evidenciado resultados de alcalinidad total <100. Es decir, la determinación experimental de la alcalinidad ha sido una herramienta efectiva para establecer el tipo de muestra evaluada según la clasificación de cuerpos de agua. 10. RECOMENDACIONES. Asegurarse de que los equipos que se vayan a utilizar estén en buen estado y en caso de no estarlo notificar tanto al preparador como al facilitador para el remplazo de los mismo y evitar así incidentes durante el desarrollo de la práctica. Antes de comenzar la práctica se deben lavar los instrumentos, aunque estos no tengan alguna suciedad aparente, esto con el fin de evitar la contaminación de las muestras y no perjudicar las soluciones ni los procedimientos que se vayan a realiza. Tener en cuenta que los reactivos sean de buena calidad, para así poder obtener buenos y mayores resultados. Al usar reactivos de calidad, se garantiza que el método es preciso y se obtiene la concentración correcta de la sustancia de interés, ya que el uso de reactivos de baja calidad puede producir resultados erróneos. También se recomienda evitar el error humano y tener cuidado al momento de preparar las soluciones. Además se deberá tener en cuenta el error sistemático y la precisión del instrumento. Al momento de comenzar la práctica se debe tener en cuenta que es necesario vestirse de manera adecuada y segura para el laboratorio y quitarse los accesorios que puedan tanto perjudicar las sustancias como producir reacciones en contacto con determinados materiales o químicos presentes en el laboratorio. Tener suma precaución al momento de manejar el ácido, no olerlo ni acercarlo a la cara ya que este es una sustancia nociva, irritante y altamente peligrosa. Al momento de realizar las titulaciones se debe prestar mucha atención al momento en que ocurre el viraje de la muestra para obtener valores precisos de los volúmenes gastados. Lavar adecuadamente los instrumentos al terminar la práctica, esto con el fin de evitar que estos lleguen a mancharse con los residuos de los compuestos empleados durante la práctica. 11. PREGUNTAS ANEXADAS POST-LABORATORIO. a. ¿Qué diferencia y semejanza existe entre la alcalinidad del agua y la dureza del agua? La alcalinidad y la dureza del agua son dos características relacionadas pero distintas. La alcalinidad del agua se refiere a su capacidad para resistir cambios en su nivel de pH. Indica la presencia de compuestos químicos, como carbonatos y bicarbonatos, que pueden neutralizar ácidos y mantener el pH en un rango estable. La alcalinidad se mide en unidades de concentración de bicarbonato de calcio (mg/L de CaCO3) y es importante en la calidad del agua potable y en procesos industriales. Por otro lado, la dureza del agua se refiere a la concentración de minerales, especialmente de calcio y magnesio, disueltos en el agua. Estos minerales pueden depositarse en tuberías y equipos, causando problemas como la formación de incrustaciones y obstrucciones. La dureza del agua se mide en unidades de concentración de carbonato de calcio (mg/L de CaCO3) y se clasifica en dureza temporal (debida a bicarbonatos) y dureza permanente (debida a sulfatos y cloruros). En pocas palabras, la alcalinidad del agua se relaciona con su capacidad de mantener un pH estable, mientras que la dureza del agua se relaciona con la concentración de minerales disueltos, especialmente calcio y magnesio. Ambas características son importantes en diferentes contextos, como la calidad del agua potable y el mantenimiento de equipos industriales. b. ¿Es posible la aplicación del método de la alcalinidad del agua con el uso de un solo indicador? Razone su respuesta. No es posible aplicar el método de la alcalinidad del agua utilizando un solo indicador. La determinación de la alcalinidad del agua implica la medición de los iones de hidróxido (OH-), carbonato (CO3^2- ), bicarbonato (HCO3-), y otros iones alcalinos presentes en el agua. Cada uno de estos iones tiene un rango de pH en el cual están presentes y son significativos. Por lo tanto, se requiere el uso de múltiples indicadores, conocidos como indicadores de alcalinidad, para cubrir todo el rango de pH en el que estos iones pueden estar presentes. Cada indicador tiene un rango de pH en el cual cambia de color, lo que permite determinar la presencia y concentración de ciertos iones alcalinos en el agua. El uso de un solo indicador no sería suficiente para abarcar todo el rango de pH en el que pueden estar presentes los diferentes iones alcalinos. Por lo tanto, se necesita una combinación de indicadores para realizar una determinación precisa de la alcalinidad del agua. c. Mencione y explique al menos dos procesos en la ingeniería de alimentos donde se requiera el control de calidad del agua a utilizar. En la ingeniería de alimentos, el control de calidad del agua es crucial en diversos procesos. Dos ejemplos podrán ser: Procesamiento de alimentos: El agua se utiliza en muchas etapas del procesamiento de alimentos, como el lavado de materias primas, la limpieza de equipos y utensilios, y la preparación de soluciones y mezclas. En este caso, es fundamental contar con agua de calidad para evitar la contaminación de los alimentos. El control de calidad del agua se enfoca en la detección y eliminación de microorganismos patógenos, metales pesados, sustancias químicas nocivas y cualquier otro contaminante que pueda afectar la seguridad y calidad de los productos alimentarios. Industria de bebidas: En la producción de bebidas, como agua embotellada, refrescos, jugos y cerveza, el agua es un ingrediente principal. El control de calidad del agua es esencial para garantizar la pureza, sabor y uniformidad de los productos finales. Se deben realizar análisis exhaustivos para asegurarse de que el agua utilizada cumpla con los estándares establecidos en términos de pH, alcalinidad, dureza, contenido mineral, ausencia de microorganismos patógenos y otros parámetros específicos según el tipo de bebida. En ambos casos, el control de calidad del agua se lleva a cabo mediante análisis físicos, químicos y microbiológicos. Esto asegura que el agua cumpla con los requisitos necesarios para garantizar la seguridad alimentaria y la calidad de los productos finales. d. ¿Cómo es posible realizar una determinación de alcalinidad del agua si no se cuenta con ninguno de los indicadores requeridos? ¿Se puede realizar una modificación al método? Explique. Si no se cuenta con los indicadores requeridos para realizar la determinación de alcalinidad del agua, existen alternativas posibles para realizar una modificación del método. Dos opciones serían: Uso de indicadores naturales: En lugar de utilizar indicadores químicos específicos para la determinación de alcalinidad, es posible emplear indicadores naturales que se encuentran fácilmente disponibles en la naturaleza. Por ejemplo, el jugo de remolacha o la infusión de hibisco pueden ser utilizados como indicadores de pH. Estos indicadores naturales cambian de color en función del pH del agua y pueden ser utilizados para estimar la alcalinidad del agua. Si se cuenta con una tabla de correlación entre el cambio de color y los valores de alcalinidad, se puede obtener una estimación aproximada del contenido alcalino en el agua. Técnicas de titulación potenciométrica: Otra opción es utilizar técnicas de titulación potenciométrica, que no requieren de indicadores de cambio de color. En este caso, se utiliza un electrodo de pH o un electrodo de vidrio específico para medir el pH del agua mientras se va agregando una solución ácida estándar. Al registrar los cambios en el pH a medida que se añade el ácido, es posible determinar la alcalinidad del agua. Esta técnica requiere de un equipo especializado y conocimientos en el manejo de electroquímica, por lo que es más compleja que el uso de indicadores químicos. En cualquier caso, es importante recalcar que estas modificaciones pueden proporcionar estimaciones aproximadas de la alcalinidad del agua, pero no reemplazan la precisión y confiabilidad de los métodos estándar. Siempre es recomendable contar con los indicadores y reactivos adecuados para obtener resultados precisos y confiables en el control de calidad del agua. e. ¿Qué sucede si en vez de H2SO4 se utiliza HCl en la titulación? ¿Se requiere aun realizar la estandarización del ácido con un patrón primario? Explique. Si se utiliza HCl en lugar de H2SO4 en la titulación, hay algunas diferencias importantes a tener en cuenta: Reacción química: El HCl es un ácido fuerte, mientras que el H2SO4 es un ácido diprótico, lo que significa que puede liberar dos protones (iones H+) en una reacción ácido-base. Por lo tanto, la reacción química con la sustancia alcalina en la muestra de agua será diferente. El HCl reaccionará con los iones hidroxilo (OH-) presentes en la alcalinidad para formar agua y cloruros (Cl-). Concentración de ácido: La concentración del ácido HCl utilizado en la titulación debe ser conocida y precisa para obtener resultados confiables. Por lo tanto, es recomendable realizar la estandarización del ácido HCl con un patrón primario antes de realizar la titulación. Un patrón primario es una sustancia química que se puede pesar con precisión y que reacciona completamente con el ácido utilizado. Al estandarizar el ácido HCl, se puede determinar su concentración exacta y así obtener una medición más precisa de la alcalinidad del agua. Es decir, si se utiliza HCl en lugar de H2SO4 en la titulación, se debe realizar la estandarización del ácido con un patrón primario para determinar su concentración exacta. Esto es necesario para asegurar resultados confiables y precisos en la determinación de la alcalinidad del agua. 12. ANEXOS Tabla III. RELACIONES DE VOLÚMENES EN LAS TITULACIONES DE MEZCLAS DE HIDRÓXIDO Y CARBONATOS. ESPECIES PRESENTES NaOH Na2CO3 NaHCO3 RELACIÓN PARA UNA IDENTIFICACIÓN CUALITATIVA V2 = 0 V1 = V2 V1 = 0 NaOH + Na2CO3 V1 > V2 Na2CO3 + NaHCO3 V1 < V2 MILIMOLES DE ESPECIES PRESENTES (mmol) Mácido x V1 Mácido x V1 Mácido x V2 NaOH: Mácido x (V1 – V2) Na2CO3: Mácido x V2 NaHCO3: Mácido x (V2 – V1) Na2CO3: Mácido x V1 Tabla IV. CLASIFICACIÓN DE LOS CUERPOS DE AGUA SEGÚN SU ALCALINIDAD TOTAL DESCRIPCIÓN ALCALINIDAD TOTAL (mg/L ó ppm de Na2CO3) Mínimo Aceptable Pobremente Amortiguada Moderadamente Amortiguada Muy Amortiguada 20 < 25 25 – 75 > 75 13. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Acuña S., J. D. (2013). Manual de prácticas del laboratorio de química analítica en ingeniería de alimentos de la universidad nacional experimental “Simón Rodríguez”, 17-22. Fernández, R. S., & Rodríguez, M. P. (2017). Tratamiento sanitario de aguas residuales: tecnologías y desafíos. Revista de Salud Ambiental, 21(2), 89-102. Gómez, J. M., & Pérez, L. (2018). Alcalinidad y su importancia en el equilibrio del agua. Revista de Química, 42(3), 127-135. López, M. G., & García, R. F. (2017). Propiedades y aplicaciones de las mezclas alcalinas. Revista de Ciencias Químicas, 25(1), 53-65. Martínez, E. G., & Rodríguez, L. C. (2020). Métodos analíticos para la determinación de alcalinidad total y parcial en muestras ambientales. 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