DETERMINACION DE LA ALCALINIDAD EN AGUAS NATURALES

Profesora: Lena Tellez

Integrantes: Bellota Aguilar, Elizabeth 20090992Chavez Benites, Jenny 20090415Dioses Morales, Jacqueline 20090997Villaverde Tadeo, Ivone 20071009

1. INTRODUCCION

En el presente informe se ha realizado la determinación de alcalinidad, utilizando el método Standard Methods 2320 B, basado en la titulación con un ácido fuerte, calculando primero la alcalinidad de la fenolftaleína y luego la alcalinidad total de la muestra; el cual será detallado.

La alcalinidad se define en forma operacional como la capacidad de una solución (solución/suspensión acuosa diluida de compuestos orgánicos e inorgánicos, términos usados como sinónimo de agua) para neutralizar un ácido.

La determinación de estas sustancias son importantes porque además de ser el principal sistema amortiguador del agua dulce, también desempeña un rol principal en la productividad de cuerpos de agua naturales, sirviendo como fuente de reserva de CO2 para la fotosíntesis.

La alcalinidad en el agua se expresa como la concentración equivalente de iones hidroxilo, en mg/l, o como la cantidad equivalente de CaCO3, en mg/l. Internacionalmente se acepta una alcalinidad mínima de 20 de CaCO3 mg/l para mantener la vida acuática. A niveles menores, el agua es sensible a la contaminación al no tener la capacidad para oponerse a las modificaciones que ocurren al disminuir el pH.

2. OBJETIVOS

Aprender a determinar la alcalinidad para muestras de agua de diferente procedencia

Comprender el fundamento químico del método a usar y aplicarlo en forma práctica en el laboratorio.

Analizar a partir de los resultados, el grado de alcalinidad de las muestras.

3. REVISION BIBLIOGRAFICA

La alcalinidad significa la capacidad tampón del agua; es decir la capacidad del agua de reaccionar o neutralizar iones hidronio (H+). Evita que los niveles de pH del agua lleguen a ser demasiado básico o ácido. Sin embargo, cuando la acidez es alta en el agua la alcalinidad disminuye, puede causar condiciones dañinas para la vida acuática.

La alcalinidad es causada principalmente por los carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos que se encuentran en la solución, y en menor grado, por los boratos, fosfatos y silicatos.

HCO3- + H+ CO2 + H2O H2CO3

CO32- + H+ HCO3

-

OH- + H+ H2O

Principales especies causantes de alcalinidad y su asociación con una posible fuente de aguas , es la siguiente :

Hidróxidos, OH- Aguas naturales y residuales e industriales

Bicarbonatos, HCO3- Aguas naturales y residuales

Carbonatos Aguas naturales y residualesBióxido de carbono CO2 Aguas subterraneas, residuales y/o profundasSilicatos Aguas subterraneasBi-Silicatos HsiO3

- Aguas subterraneasBoratos BO3

-3 Aguas subterraneas y residuales agricolasMonoboratos Aguas subterraneas y residuales agricolasBiboratos Aguas subterraneas y residuales agricolasFosfatos PO4

-3 ARD, agrìcolas e industrialesMonofosfatos ARD, agrìcolas e industrialesBibosfatos ARD, agrìcolas e industriales

La unidad en la que se expresa la alcalinidad es en ppm o el mg/l de carbonato equivalente del calcio. La alcalinidad total del agua es la suma de las tres clases de alcalinidad; alcalinidad del carbonato, del bicarbonato y del hidróxido.

Origen de carbonatos y bicarbonatos en agua de mar:

El CO2 atmosférico se difunde al agua de mar, combinándose químicamente con el agua para producir el ión de bicarbonato y un ión de hidronio, tal y como ocurre en agua dulce. El bicarbonato se disocia para producir carbonato e hidronio. El carbonato se combina con calcio para producir carbonato de calcio. Este último se puede precipitar depositándose en el lecho marino, removiendo así CO2 del agua de mar. Sí el pH del agua de mar baja significativamente, dichas reacciones pueden revertir hacia la formación de CO2.

Fuente: http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p2-alcalinidad.pdf

El efecto del pH sobre el por ciento de composición de las especies de carbono que integran el sistema de alcalinidad, es básicamente el mismo para agua dulce y para agua salada. No obstante, se observa una diferencia pequeña, aunque consistente, entre el patrón de curvas para agua dulce y el de agua salada. Observamos que el por ciento de composición de bicarbonato o carbonato, a un pH dado, es mayor en el agua salada que en agua dulce. El grado de disolución de un ión en una solución donde hay iones comunes a éste es menor al que se observa en agua pura (efecto del ión común). En este caso, el grado de disolución de un ión que no es común (bicarbonato) a los presentes en la solución (agua de mar), es mayor al que se observa en agua pura (efecto salino o efecto del ión no-común) (Petrucci, 1989). La explicación para este fenómeno es que según aumenta la concentración iónica total de una solución, las atracciones interiónicas cobran mayor importancia, promoviendo éstas la solubilidad de sales no comunes en la solución

Diferencia entre alcalinidad y basicidad

Alcalinidad está definida como la capacidad del agua de poder neutralizar ácidos. Ésta se ve afectada por el pH y la temperatura; en cambio, la basicidad está asociada con los valores altos de pH, por lo que depende mucho de la fuerza de la base, mientras que la alcalinidad se basa en la presencia de carbonatos y se expresa en mg/L CaCO3. Es decir, la alcalinidad es un factor de capacidad y el PH un factor de intensidad.

Daños por una alta alcalinidad

Si bien se sabe que el exceso de acidez es perjudicial, la alcalinidad en exceso también puede ser perjudicial.

El agua se vuelve turbia cuando hay demasiados minerales suspendidos en ella; pierde su transparencia debido a la presencia de esas partículas en suspensión.

Sumándole a lo anterior, la dureza del agua puede facilitar la transferencia de plomo de las tuberías al suministro, poniendo en riesgo la salud de las personas que la ingieran. Por otra parte, lavarse con un agua altamente alcalina puede dejar la piel seca y causar picor. Y, sobre todo, hay que tener presente que el exceso de alcalinidad en un ecosistema puede reducir su capacidad para sustentar la vida que hay en él.

4. MATERIALES

Instrumentos → Pipetas → Soporte universal

→ Probeta. → Bureta→ Vaso de precipitado→ Matraz Erlenmeyer→ Potenciómetro

Reactivos → Solución de ácido clorhídrico (0.02 M; 0.01M; 0.1M)→ Indicador naranja de metilo→ Indicador fenolftaleína.

5. METODOLOGIA

Metodología General del Análisis:

La alcalinidad se determina por la valoración de la muestra de agua con una solución previamente normalizada de un ácido fuerte (HCl ó H2SO4), mediante dos puntos sucesivos de equivalencia, observados a través de:

Medios potenciométricos.

Indicadores ácido-base adecuados (Caso a Estudiar)

Para muestras con pH inicial superior a 8,3 la valoración se lleva a cabo en dos fases:

Primera Fase: Se añaden unas gotas de fenolftaleína a la muestra y se comienza a valorar, cuando el pH baje a 8,3 el indicador pasará de violeta a casi incoloro. Ese será el punto final de la valoración y se debe tomar nota del volumen consumido del ácido.

Segunda Fase:

Después de que vire la fenolftaleína, se añaden unas gotas del indicador naranja de metilo y en el momento en que el pH baje a 4,4 el indicador pasará del color amarillo suave a rojo pálido. Este se considera el punto final para la determinación de la alcalinidad total. Se procede a tomar nota del volumen consumido del ácido.

Este método, es aplicable para la determinación de la alcalinidad de carbonatos y bicarbonatos, en aguas naturales, domésticas, industriales y residuales, por lo tanto su expresión sólo se basa en la expresión de ppm de Carbonato de Calcio como unidad de estudio. La medición de la alcalinidad, como ya se ha hecho referencia, sirve para fijar parámetros del tratamiento químico del agua, así como para ayudar al control de la corrosión y la incrustación en los sistemas que utilizan dicho solvente como materia prima o en sus procesos de manufactura.

Reacciones y Cálculos

Considerando el estudio como una expresión de carbonato de calcio, se tiene entonces que las reacciones involucradas son las asociadas a dichos equilibrios de mezclas alcalinas, incluyendo la posibilidad de presencia de hidróxidos, en donde se puede apreciar las siguientes reacciones en la figura que se muestra a continuación:

6. RESULTADOS

Alcalinizad mg CaCO3/L = A×N×50000mLmuestra

A: Es el volumen total gastado de ácido en la titulación al viredel anaranjado de metilo en mL;N: Es la normalidad de la disolución de ácido;

Alcalinidad del agua (mg/L)Agua Destilada Agua Ablandada Agua de muestra

Mesa 1 1.828 171.490 126.585Mesa 2 1.005 161.476 158.555Mesa3 1.462 133.520 283.730Mesa 4 2.193 154.170 49.160Mesa 5 3.655 30.336 170.238Mesa 6 4.386 166.900 78.570

*se tomo como muestra para todos los reactivos 100ml

Especificación del lugar de procedencia de las muestras de agua:

Mesa 1 y 4: Agua de regadío Mesa 2 y 5: Agua de caño de la Agraria Mesa 3 y 6: Agua de los módulos rojos

7. DISCUSIONES

En esta práctica cada mesa ha trabajado con 3 muestras, una muestra de agua destilada, una muestra de agua ablandada y una muestra de agua de una determinada zona, usando para su titulación como Titulante al HCL de diferente concentración molar, se uso el Titulante con una determinada concentración según el criterio de cada mesa.

En el análisis de alcalinidad del agua destilada todas las mesas trabajaron con una concentración de [HCL]= 0.01 M aprox. solo las mesas 1, 2 y 3 tienen datos similares, mientras que las otras mesas difieren mucho sus datos, esto puede haberse dado por que a la hora de titulación algunas mesas usaron una menor cantidad de muestra al titular, esto puede haber generado cierto error, también otro factor puede ser que se uso agua destilada de diferentes tiempos de preparación del laboratorio, generando que la primera tanda de agua destilada haya estado más tiempo en presencia de CO2 del ambiente que la segunda tanda de agua destilada.

Las muestras fueron recolectadas un día antes de su análisis, esto puede afectar el resultado final del análisis. Puesto que, las muestras pueden estar sujetas a acción bacteriana y perder o ganar CO2 lo ideal sería realizar su análisis bien haya sido tomada la muestra.

A cada muestra se le agregó como indicador fenolftaleína este no reaccionó, por esto, no se genero un cambio de color a rosa, lo cual indica quelas muestras no se encuentra con un pH en el rango de 8 -10, es decir, es decir, las muestras no son básicas.

En el análisis del agua ablandada se puede ver que la mayoría de las mesas tiene una alcalinidad mayor a 130 mg/L excepto la mesa 5, esto se debe a que todas las mesas usaron una concentración de [HCL]= 0.02 M, por ello sus valores se encuentran dentro del mismo rango, mientras que la mesa titulo con una concentración de [HCL]= 0.01 dando por esto un resultado menor a los demás.

AL comparar la alcalinidad de la muestra de agua de regadío de las mesas 1 y 4 vemos que existe una gran diferencia en sus resultados, esto puede ser producto a la hora de titular se uso diferentes concentraciones de HCL.

Comparando la alcalinidad de las muestra de agua de caño de la Agraria de las mesas 2 y 5, que hay una variación menor en sus datos, y esto puede ser producto de un error a la hora de titular y encontrar el punto final, pues la viración de color no es muy clara y según es el criterio del operario.

La muestra de agua de los módulos rojos muestra una alcalinidad diferente como se puede ver en el resultado de las mesas 3 y 6 , siendo esto porque la mesa 3 uso una concentración de 0.02 M de HCL mientras que la mesa 6 uso una concentración de 0.1 M de HCL, al usar una concentración menor se da un mayor gasto de Titulante dándonos así valores más altos de alcalinidad.

8. CONCLUSIONES

Las condiciones de almacenamiento de la muestra y el tiempo de almacenamiento de esta, son factores importantes que afectan directamente a los resultados.

El uso de diferentes concentraciones de acido clorhídrico para la titulación puede generar diferencias en los resultados de alcalinidad de una muestra, viendo que al usar un Titulante de menor concentración en un medio ácido se tendrá un mayor gasto de Titulante y nos dará valores más altos de alcalinidad.

El uso de indicadores nos puede dar una idea general si nuestra muestra tiende a ser ácida o básica, esto se debe que cada indicador reacciona a un rango de pH determinado, como podemos ver todas las muestras reaccionaron con el naranja de metilo siendo su rango de pH de 3.3 – 4.4, dándonos como conclusión que las muestras tendían a ser ácidas.

Hay que tener en cuenta que al aplicar el método Standard Methods 2320 B se toma en cuenta la apreciación de cada estudiante que realiza la titulación ya que se titulara hasta que se observe un viraje de color y no todos observarán la misma tonalidad del viraje deseado.

9. CUESTIONARIO

1. Al determinar la alcalinidad de 10 ml de una muestra de superficial, se gastó 0 ml de ácido clorhídrico 0.02 N al titular en presencia de fenolftaleína, y se gastó 4 ml de ácido al titular en presencia de anaranjado de metilo. ¿Cuál es el valor de la alcalinidad? ¿En este caso la alcalinidad de que especie depende?

Volumen de titulación después de agregar la Fenolftaleína = 0 ml

Alcalinidad con fenolftaleína (P)=0

ALCALINIDAD TOTAL = (4 ml×0.02 N ×50000) / 10 ml = 400mg CaCO3 /LEn este caso la alcalinidad depende del bicarbonato.

2. ¿Qué significa tener bajo valor de alcalinidad?

La alcalinidad total es la capacidad del agua para neutralizar ácidos y representa la suma de las bases que pueden ser tituladas. Dado que la alcalinidad de aguas superficiales está determinada generalmente por el contenido de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos, ésta se toma como un indicador de dichas especies iónicas.

No sólo representa el principal sistema amortiguador (tampón, buffer) del agua dulce, sino que también desempeña un rol principal en la productividad de cuerpos de agua naturales, sirviendo como una fuente de reserva de CO2 para la fotosíntesis Entonces cuando las aguas que tienen baja alcalinidad son muy sensibles a la contaminación, ya que no tienen capacidad para oponerse a las modificaciones que generen disminuciones del pH (acidificación).

3. Clasifique la alcalinidad de la muestra del ejercicio 1 y de la práctica.

Internacionalmente es aceptada una alcalinidad mínima de 20 mg de CaCO3/L para mantener la vida acuática. Se han propuesto clasificaciones de las aguas según su capacidad amortiguadora

(alcalinidad), lo que permite manejar descriptores categóricos sencillos a ser utilizados en el análisis de calidad de agua.

Entonces

En el ejercicio #1 se obtuvo que la muestra analizada tenía una alcalinidad total de 400mg/L lo cual indica según esta clasificación como un cuerpo de agua muy amortiguadora.

La alcalinidad de la muestra de agua analizada por nuestra mesa fue de 78.570 mg /L, lo cual indica que se encuentra clasificada como un cuerpo de agua muy amortiguadora.

10. BIBLIOGRAFÍA

General Chemistry Online. Acid-Base Indicators [en línea] <http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/acidbase/indicators.shtml > [Consulta: 28 de abril del 2013]

Standard Methods for Examination of Water & Wastewater. American Public Health Association. Vigésima edición. 1999.

http://www.ambientum.com/enciclopedia/aguas/2.01.16.16_1r.html

http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p2-alcalinidad.pdf

http://imasd.fcien.edu.uy/difusion/educamb/propuestas/red/curso_2007/cartillas/ tematicas/alcalinidad.pdf