DETERMINACION DE DUREZA DEL AGUA DEL RIO PICHINDE

Diego Fernando Flórez Piamba; Katherine Quimbayo

diferza_2usc@yahoo.com;katerine2605@hotmail.com

Facultad de Ciencias Básicas, Programa de Química, Universidad Santiago de Cali

RESUMEN

El objetivo de este trabajo fue determinar la dureza en el rio pichinde, se realizó una serie de tomas superficial del rio, específicamente agua de dos puntos, empleando una técnica de muestreo registrada en la literatura, a partir de la dureza calcula de la misma que fue de 175,84 mg/L como dureza total, se obtuvo los parámetros para definir las características de trabajo en niveles permitidos, así identificar una serie de inconvenientes que tienen los habitantes que se benefician de esta agua y la causante de una posible problemática con el uso de detergentes.

PALABRAS CLAVE: dureza, detergentes

ABSTRACT

The aim of this study was to determine the hardness in the Pichinde river, a number of surface shots of the river, specifically water colon using a sampling technique recorded in the literature, from the hardness calculated in the same I was done that was 175.84 mg / L as total hardness, the parameters are obtained to define the characteristics of work permitted levels, and identify a number of drawbacks that have the people who benefit from this water and causing a potential problem with the use of detergents...

KEYWORDS:

INTRODUCCION

El agua es uno de los elementos más importantes, junto con el oxígeno, para la supervivencia del hombre. El agua viaja a través de las rocas y suelos como parte de su ciclo hidrológico y debido a

su alto poder disolvente, el cual va incorporando materiales orgánicos e inorgánicos durante su recorrido. Debido a esto, el hombre al ponerse en contacto con el agua, también lo hace con las

sustancias que ésta transporta (imagen # 1)

Imagen # 1

La concentración de sustancias disueltas en el agua varía dependiendo de la localización geográfica y la temporada invernal del año, sumado a esto también influyen factores como un crecimiento de tipo exponencial de la industria y la población, se ha generado un impacto ambiental profundo, y así se ha tenido un punto de equilibrio muy frágil de la totalidad de los recursos naturales necesarios para la subsistencia de la vida en el planeta. También pueden contribuir a la dureza del agua las sales de Hierro, Manganeso y Aluminio. La dureza del agua está controlada, principalmente, por factores geológicos. Las fuentes minerales principales de la dureza provienen del suelo y de acuerdo a la composición de éste, el agua será más o menos dura. Las aguas duras, aguas con elevado contenido de calcio y magnesio, se asocian con cuencas de captación de rocas sedimentarias, de las cuales las más comunes son las de piedra caliza.

A pesar del marco legal existente que pretende regular y disminuir la

contaminación que amenaza los cuerpos de agua. Buscando mitigar la contaminación del agua es muy importante comenzar a determinar y analizar índices que se pueden obtener a partir de parámetros básicos en los estudios de las características de los cuerpos de agua para cuantificar y presentar de manera sencilla resultados que generen una precepción general o especifica del estado de cada caso de estudio y poder tomar acciones para mejorar las condiciones generales de los cuerpos de agua buscando generar nuevos datos y límites permitidos para fortalecer la legislación que regula los vertimientos y la contaminación general del agua en nuestro país, En el presente estudio se expone un método para determinar y analizar índices de dureza del agua a través de parámetros obtenidos que contribuyan con el mejoramiento de las condiciones ambientales en Colombia .

Se describirán los métodos de obtención de los índices de dureza a través de información en el punto de muestreo del rio Pichinde (imagen # 2)

Imagen # 2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El agua descrita como "dura" significa que es alta en minerales disueltos, específicamente calcio y magnesio.

El agua dura no es un riesgo para la salud, pero su tendencia de acumulación de minerales en la tubería de agua, y su pobre rendimiento con el jabón o detergentes en comparación con agua blanda. Hace que las sales que confieren la dureza, reaccionan con el jabón y detergentes formando una sustancia insoluble conocida como “jabón cortado”. Insoluble significa que el jabón cortado no se disolverá en el agua.

En cambio, se sedimentará o precipitará. Con lo cual se plantea la verificación de valores de dureza del rio y posteriores conclusiones de los mismos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Medición de niveles de dureza en el rio pichinde

Problemas específicos relacionados con niveles de dureza

MARCO TEORICO

Años atrás, se definía dureza como una medida de la capacidad de una muestra de aguas para precipitar jabón. En la actualidad, la dureza total se define como la suma de las concentraciones de calcio y magnesio; ambas expresadas como mg CaCO3/L. No existen efectos

perjudiciales para la salud por consumir agua dura o blanda, pero la presencia de aguas duras devengan más cantidad de jabón para formar espuma y limpiar materiales en comparación con las aguas blandas siendo esto un problema, por lo cual se tiene una serie de instituciones de control siendo la más importante el Departamento Administrativo de Gestión y Medio Ambiente – DAGMA, como máxima autoridad ambiental del Municipio de Santiago de Cali, y ejerciendo sus funciones determinadas en el Artículo 112 del Decreto 0203 de 3001 de Santiago de Cali.

METODOLOGÍA

Resumen de Plan y Procedimiento de Muestreo

En el rio se toma dos puntos ubicados a la parte superior e inferior del rio pichinde Municipio de Santiago de Cali. (Imagen # 3)

Imagen # 3 (INICIO)

Imagen # 4 (FINAL)

Se realizan los datos de pH y Temperatura, a una muestra del río para componer un volumen.

Se lleva al laboratorio y se realizó los respectivos ensayos (imagen # 5)

Imagen # 5

.Las muestras fueron almacenadas y preservadas de acuerdo a las recomendaciones dadasPor estándar métodos edición 21.

A continuación se describirán los métodos de obtención de los índices de dureza en el laboratorio del rio pichinde, de dos muestras, específicamente el agua superficial de la siguiente manera:

1. Se registró la temperatura del agua, el cual fue de 27°C, se midió el pH, luego se prosiguió a llenar una bureta con EDTA (patrón).

2. se adicionó a un Erlenmeyer de 125mL, 25ml de muestra y se procedió a ajustar el pH en 10,22 y agregar indicador negro eriocromo T, para ello se tuvo en cuenta el manejo para este tipo de análisis según la Estándar Métodos edición 21.

3. Para no alterar las condiciones de trabajo se tuvo en cuenta el trabajo con reactivos que estuvieran a la fecha con su certificado de calidad y caducidad, material bien lavado, y análisis de datos por triplicado y se aplicó para los otros líquidos (muestras).

4. Imagen # 5 de análisis de muestra en el laboratorio

MATERIALES

Erlenmeyer de 125mL, bureta de 25mL, pipetas graduadas de 10mL, Jeringa, escobillón, frasco lavador, pH metro.

REACTIVOS

Agua destilada, Negro Eriocromo T, buffer, EDTA.

DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

Tabla No 1:

Volumen gastado de EDTA para la primera muestra

Muestra superior Volumen gastado

EDTA (mL)

NUMERO 1 15,7

NUMERO 2 15,7

NUMERO 3 15,6

Tabla No 2:

Volumen gastado de EDTA para la segunda muestra

Muestra inferior Volumen gastado

EDTA (mL)

NUMERO 1 23,9

NUMERO 2 23,9

NUMERO 3 23,8

Concentración de CaCO3

CaCO3 (pesado)= 0,035g

0.035g x 1molCaCO3100gCaCO3

x 10.1L

= 0,0035M

Concentración de EDTA:

0.000176molesCaCO31000mL

x 10mLx

1molEDTA1molCaCO3

x 1

0.0055 L = 0,000032 M

Dureza total:

0.0176 gCaCO3

0.1 L . 1 L = 0.176 g CaCO3 / L

0.35gCaCO3

L. 1000mg1 g

= 175, 84 ppm

Dureza calcica para la primera muestra:

15,7mL x 0.000176molesEDTA

1000mL x

1molCaCO31molEDTA

x 100gCaCO31molCaCO3

x 1000mg1 g

x

10.1L

= 2,76mgLCaCO3

Dureza calcica para la segunda muestra:

23,9 mL x 0.000176molesEDTA

1000mL x

1molCaCO31molEDTA

x 100gCaCO31molCaCO3

x 1000mg1 g

x

10.1L

= 4 ,20mgLCaCO3

Dureza debida al Magnesio

Dureza total = dureza Ca2+ + Dureza Mg2+

Por lo tanto:

dureza Mg2+¿: 0,000091molesMg❑¿ 24,305gMg1molMg

= 0.00221 g Mg en 100 mL agua.

0.00221gCaCO30.1 L

. 1 L = 0.0221 g Mg / L

0,0221gMgL

. 1000mg1 g

= 22,1 ppm

EC. 1: PRIMERA MUESTRA

% RSD = 0.37 %

EC. 1: SEGUNDA MUESTRA

% RSD = 0,24 %

DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

La volumetría con formación de complejos es una técnica Complexométrica, la cual se usa para determinar analíticamente elementos o compuestos por medición del complejo soluble formado, bien sea directa o indirectamente.

En principio, cualquier compuesto que forme cuantitativamente un complejo con su ion metálico puede ser usado en complexometría si se dispone de un medio adecuado para determinar el punto de equivalencia.

El EDTA es un ligando hexadentado con seis posibles sitios posibles para unirse al ion metálico, cuatro grupos carboxílicos y dos grupos aminos cada uno con un par de electrones no compartidos.

Es un reactivo notable no solo porque forma quelatos con todos los cationes, salvo los metales alcalinos, sino también porque muchos de esos quelatos tienen estabilidad

suficiente para llevar a cabo valoraciones. Esa considerable estabilidad resulta en los diversos sitios complejantes de la molécula que dan lugar a una estructura en forma de jaula, en la que el catión queda rodeado de manera efectiva y asilado de las moléculas del disolvente,

Para la determinación de la dureza total (calcio y magnesio) se trabajó con dos alícuotas de 25mL, regulando a pH 10, titulando con EDTA y adicionando el indicador negro de eriocromo, en solución en un rango de PH menor a 10 su color es rosado, a PH igual a 10 es de color azul; en este caso el negro de eriocromo ofrece una coloración pasando de rosado a purpura y finalmente llegar a una coloración azul, así:

Ca2+ + Mg2+ + Buffer pH 10

Ca2+ + Mg2+ + NET [Ca-Mg--NET] complejo púrpura

[Ca-Mg--ENT] + EDTA [Ca-Mg--EDTA] + NET color azul

El EDTA desplaza al indicador NET porque su estabilidad con el ión calcio e ión magnesio es mucho mayor que la del indicador NET con estos iones.

Para la determinación de la dureza debida al calcio se trabajó igualmente con dos alícuotas de 25mL, titulando con EDTA y adicionando el indicador murexida que solo se combina con el calcio y se tiene un viraje de rosa a purpura, así:

Ca2+ + Mx Ca – Mx KF= *104,6

Ca2+ +EDTA Ca – EDTA KF= *1010,7

Ca – Mx Ca – EDTA – Mx [4]

El EDTA desplaza al murexida ya que tiene mayor tendencia a formar complejos con el ión calcio, que el murexida con este mismo ión. El murexida vira a color púrpura dándose el punto final de la titulación.

De acuerdo a que la mayoría de los suministros de agua potable tienen un promedio de 250mg/L de dureza; niveles superiores a 500mg/L son indeseables para uso doméstico. Se interpreta que la dureza de agua obtenida está en un rango permisible, de acuerdo con la siguiente tabla:

Tabla N°3. Interpretación de dureza

DUREZA COMO CaCO3Mg/L -ppm

INTERPRETACION

0-75 agua suave75-150 agua poco dura

150-300 agua dura> 300 agua muy dura

En agua potable el límite máximo permisible es de 300 mg/L de dureza.

Cabe mencionar que la dureza del agua no solo es causada por la concentración de calcio y de magnesio, también existen partículas complejas o metales interferentes, los cuales generan cierta interferencia para la determinación realizada.

Además es importante hacer algunas aclaraciones con respecto a la preparación de la solución patrón, el carbonato de calcio es un compuesto insoluble en agua, por tanto es necesario diluirlo en HCl (ácido fuerte), sin embargo esto no quiere decir que el HCl reacciona con el carbonato para formar NaCl y H2CO3, sino que el ácido es el “puente” para que el ion calcio y carbonato

mantengan suspendidos en la solución para llevar a cabo la titulación con EDTA.

El EDTA independientemente de su estado de oxidación forma con los metales complejos del tipo 1:1, los cuales son solubles en agua.

Estos complejos serán incoloros si el complejo del metal es incoloro, y serán a su vez fuertemente coloreados para aquellos metales que den complejos de color.

Estudiando la estructura del EDTA se puede observar que su poder complejante se verá disminuido por la presencia de iones hidrógeno. De esta manera, el pH de la solución juega un papel importante en la formación del complejos y las modificaciones del pH pueden hacer la reacción selectiva para diferentes especies según los casos, así pues, se le agrega 1 ml de solución tampón (NH4Cl/NH3) y se evita la formación de complejos con cationes indeseados.

Debido a que los complejos calcio-EDTA son más estables a pH altos hace que el punto de equivalencia sea más notorio.

Una segunda razón de mantener el pH alto es porque al adicionarle MgCl2.6H2O se crea la acción indicadora y como el complejo formado por el calcio es más estable que el formado por el magnesio proveniente de la sal con en formado en el EDTA en la solución.

El punto final de la titulación se alcanza por la adición de una sustancia indicadora que da color con el metal a ser titulado. El color producido es usualmente el resultado de la formación de un nuevo quelato. Es fundamental que el indicador no forme complejos más fuertes con el metal que los

que forma el EDTA, dado que entonces el punto final no podrá ser observado.

Durante el muestreo se presentaron diversos problemas que en el momento de realizar el análisis del aforo del caudal este representaron una influencia significativa.

La medición del caudal de los ríos que se debió realizar mediante el método área – velocidad. (Q: A*V)Dónde: A es el área mojada y V es la velocidad del flujo, una serie de problemas al momento de obtener datos claros de separación de la misma y anexo a esto se presentó un cambio en la velocidad de caudal debido a factores de tipo climatológico, es decir una serie de cambios intempestivos en la cantidad de lluvia que se presentaba a la cabecera del rio (imagen # 6).

Imagen # 6

Consecuente con este orden de ideas se tuvo que tener en cuenta que el clima jugó un papel importante, sumando a condiciones que ya mencionadas nos obligó a detener el trabajo en campo (imagen # 7)

Imagen # 7

De esta manera otro objetivo que se propuso es una clara problemática derivada con la formación de compuestos que hacen más insoluble el jabón utilizado de forma diaria por la población que se beneficia de esta calidad de agua que no cumple los parámetros que se requieren para ser considera como optima, la contaminación de los detergentes, radica en los aditivos que contienen como los blanqueadores, abrillantadores ópticos, perfumes, bactericidas y agentes espumantes en mayor proporción, generan los “sulfatos” (tripolifosfato de sodio).

Los detergentes en el agua forman espumas: las cuales son más abundante en presencia de sales de calcio. Pueden contener bacterias y virus. Dificultan el tratamiento de las aguas por problemas de operación en las plantas depuradoras, Inhiben la oxidación.

Alteran de la transferencia y disolución del oxígeno entre la superficie y el aire, dificultando la autodepuración de las corrientes de agua.Perturban la sedimentación, Impiden el desarrollo de las plantas acuáticas.Alteran el olor y sabor de las aguas potables sumado a esto los detergentes en el sueloAlteran la permeabilidad del suelo facilitando la penetración de microorganismos en las aguas subterráneas.

CONCLUSIONES.

la mayor parte de una cadena de los problemas de contaminación del agua, se da

a través de un crecimiento poblacional, que se desencadena como una problemática de tipo nacional que lleva a tener una minería indiscriminada en zonas prohibidas y unos asentamientos a orillas del rio, es muy importante que se comiencen a generar estrategias y métodos para contrarrestar este impacto en el recurso hídrico debido a que este es de una importancia incalculable para el desarrollo de la vida en general en el planeta.

El estudio de índices de contaminación representa múltiples ventajas ya que da una idea muy aproximada de lo que puede ser el comportamiento del recurso en diferentes áreas dando ideas acerca del manejo de los recursos ayudando a generar algunos criterios que faciliten las decisiones sobre prioridades y usos del agua.

Un error que se obtuvo en el laboratorio al realizar los análisis, fue que se utilizó un indicador preparado en solución el cual estaba contaminado, pero se procedió rápidamente a corregir el problema, utilizándolo de manera sólida y así identificar claramente el viraje del mismo.

REFERENCIAS.

[1] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (18th Ed.), American Water Works Association, 1992.

[2] IDEAM., Estudio Nacional de Aguas, consultado en línea el 12 Mayo en: www.ideam.gov.co

[3] Snoeyink, V.L. and D. Jenkins. Water Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 1980

[4] Química analítica. Skoog, Douglas A. McGraw Hill. 2001, México

[5] Sawyer, C.N. and P.L. McCarty. Chemistry for Environmental Engineering (3rd Ed), McGrawHill Book Company, New York, 1978.

[6] Boulton, A.J. and Lake, P. S., 1990. "The ecology of two intermittent streams in Victoria, Australia. I. Multivariate analyses of physicochemical features", Freshw. Biol, 24: 123-141

[7]http://www1.uprh.edu/royola/Exp_Tit_EDTA_Ver_Corta.pdf. Marzo 29 de 2013.

[8] Harris d química analítica. 2ª ed. Editorial reverte S.A España; 2001, pág. 122,123, 280

[9]www.analitica.unlu.edu.ar/.../TP8volumetriaporformaciondecomplejos.doc - . Marzo 29 de 2013.