GUIA QUIMICA AMBIENTAL_UNALM

Laboratorio de Química Ambiental 2011-II

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OXÍGENO DISUELTO

FUNDAMENTOS

Los niveles de oxígeno disuelto (OD) en aguas naturales y residuales depende de la actividad física, química y bioquímica en el cuerpo de agua. El análisis del oxígeno disuelto es un test importante en el control de la contaminación del agua y procesos de tratamientos de aguas residuales.

El método para la determinación de OD a utilizar en la presente práctica es el método iodométrico de Winkler

TOMA DE MUESTRA

Colectar las muestras cuidadosamente, el método de toma de muestra depende del tipo de fuente a muestrear, la muestra no debe ser agitada o tener contacto con el aire, debido a que estas condiciones provocan cambio en el contenido gaseoso. Muestras profundas de ríos, lagos o reservorios y muestras de agua caliente, necesitan especiales precauciones para eliminar cambios en la presión y temperatura.

Muestras superficiales de agua son tomadas en botellas de 300 mL de capacidad con tapas esmeriladas, evitar que la muestra entre en contacto con el aire o sea agitada.

PRESERVACIÓN DE MUESTRA

Determinar el OD inmediatamente en muestras que contienen apreciable demanda de oxígeno o iodo. Muestras que no contienen demanda de iodo pueden ser almacenadas por algunas horas sin cambio alguno después de la adición de la solución de sulfato manganoso (MnSO4), solución de yoduro alcali y H2SO4, seguido por agitación. Proteger las muestras de la luz solar y titular lo más pronto posible.

Reacciones involucradas:

MnSO4 + 2KOH + 4KI → Mn(OH)2 + K2SO4 + 4KI

2 Mn(OH)2 + O2 + 4KI + 2H2O → 2Mn(OH)4 + 4KI

2Mn(OH)4 + 4H2SO4 + 4KI → 2Mn(SO4)2 + 8H2O + 4KI

2Mn(SO4)2 + 4KI → 2Mn(SO4) + 2K2SO4 + 2I2

4Na2S2O3 + 2 I2 → 2Na2S4O6 + 4NaI

REACTIVOS

a. Solución de sulfato manganoso: Disolver 480 g de MnSO4.4H2O, en agua destilada, filtrar y diluir en 1 L. La solución de MnSO4 no debe tener un color con el almidón cuando se adiciona la solución de KI.

b. Reactivo alcali yoduro de azida (KI): Disolver 500 g de NaOH y 135 g de NaI en agua destilada y diluir en 1 L. Adicionar 10 g de NaN3, disueltos en 40 mL de agua destilada.

Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 1


c. Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4).

d. Almidón: Disolver 2 g de almidón en 100 mL de agua destilada caliente.

e. Titulante estándar de tiosulfato de sodio (Na2S2O3): Disolver 6.205 g de Na2S2O3.5H2O en agua destilada. Adicionar 1.5 mL de NaOH 6N y diluir a 1 L.

PROCEDIMIENTO

1. A la muestra colectada en una botella de 300 mL, adicionar 1 mL de solución de MnSO4, seguidamente adicionar 1 mL del reactivo alcali ioduro de azida. Tapar cuidadosamente para eliminar burbujas de aire y mezclar moviendo la botella por algunos minutos. Cuando el precipitado ha sedimentado suficientemente (aproximadamente la mitad del volumen de la botella), adicionar 1 mL de H2SO4

concentrado. Volver a tapar y mezclar agitando el envase varias veces hasta la disolución completa. Titular un volumen correspondiente a 200 mL de la muestra original después de la corrección por pérdida de la muestra reemplazada con los reactivos. Debido a que en total se agregó 2 mL de reactivos en una botella de 300 mL, titularemos:

mL2012300

300200 =−

×

2. Titular con solución de Na2S2O3 0.025 M a un color amarillo pálido. Adicionar unas gotas de solución de almidón y continuar la titulación hasta que desaparezca el color azul.

CÁLCULO

Para la titulación de 200 mL de muestra, 1 mL de Na2S2O3 0.025 M = 1 mg OD/ L.

CUESTIONARIO

1) ¿Qué otro método para la determinación de OD existe?

2) ¿Qué equipos de muestreo para aguas profundas existen?

3) ¿Cómo varía el contenido OD respecto a la profundidad en un lago?

4) ¿Cuáles son las fuentes principales de OD en un cuerpo de agua?

5) ¿Por qué se agrega MnSO4 a la muestra?

6) Al valorar con solución de tiosulfato de sodio, ¿Qué se está determinando y como se relaciona con el contenido de OD?



DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO

FUNDAMENTOS

La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) es un test empírico usado para determinar el requerimiento de oxígeno de aguas residuales, efluentes y aguas contaminadas. El test mide el oxígeno molecular utilizado durante un periodo específico de incubación (5 días) por la degradación bioquímica de material orgánico.

La concentración del (DBO) excede en muchas aguas residuales la concentración de oxígeno disuelto disponible. Por lo tanto es necesario diluir la muestra antes de la incubación. Debido a que el crecimiento bacteriano requiere nutrientes tales como nitrógeno, fósforo y trazas de metales, estos son adicionados al agua de dilución.

El método empleado en la presente práctica es el DBO5.

TOMA Y ALMACENAMIENTO DE MUESTRA

Las muestras para el análisis del DBO pueden degradarse significativamente durante el almacenamiento entre la colección y el análisis, resultando en bajos valores de DBO. Para minimizar la reducción del DBO analizar rápidamente la muestra (2 horas) o enfriar a temperaturas bajas durante el almacenamiento (4°C hasta 6 horas). Calentar la muestra antes del análisis a 20°C .

APARATOS

a. Botellas de incubación

b. Incubador

REACTIVOS

a. Solución buffer fosfato: Disolver 8.5 g de KH2PO4, 21.75 g de K2HPO4, 33.4 g de Na2HPO4.7H2O y 1.7 g de NH4Cl en aproximadamente 500 mL de agua destilada y diluir a 1 L. El pH debe ser ajustado a 7.2.

b. Solución de sulfato de magnesio: Disolver 22.5 g de MgSO4.7H2O en agua destilada y diluir a 1 L.

c. Solución de cloruro de calcio: Disolver 27.5 g de CaCl2 en agua destilada y diluir a 1 L.

d. Solución de cloruro férrico: Disolver 0.25 g de FeCl3.6H2O en agua destilada y diluir en 1 L.

e. Agua de dilución: usar agua desmineralizada, destilada o natural para realizar las diluciones.

PROCEDIMIENTO

a. Preparación de agua de dilución: Tomar un volumen deseado del agua especificada en el punto e de los reactivos en una botella adecuada y adicionar 1 mL de las soluciones de buffer fosfato, MgSO4, CaCl2 y FeCl3 por cada litro de agua.



Antes de usar el agua de dilución saturarla con OD agitando en una botella parcialmente llena o aireando con aire libre de compuestos orgánicos.

b. Pre tratamiento de muestra: Chequear el pH de las muestras antes de iniciar el análisis, debe encontrarse entre 6.5 y 7.5; la temperatura debe encontrarse a 20 °C.

c. Técnica de dilución: Hacer varias diluciones de la muestra hasta lograr que el OD después de 5 días de incubación se encuentre entre 1 y 2 mg/L. Se recomienda preparar 5 diluciones.

d. Determinación del OD inicial: Utilizar el método de Winkler.

e. Blanco de agua de dilución: Usar un blanco de agua de dilución, la disminución del OD después de los 5 días no debe ser mayor 0.2 mg/L.

f. Incubación: Incubar a 20 °C las botellas de DBO conteniendo las diluciones deseadas y el blanco de agua de dilución.

g. Determinación del OD final: Después de 5 días de incubación determine el OD en las muestras diluidas y el blanco de agua de dilución.

RESULTADOS

DILUCIÓNmL Na2S2O3 = mg OD/ L

DBO (mg/L)

MuestraInicial Final 5d

Blanco0.010.100.250.501.00

CÁLCULO

DBO 5(mg /L) P

DD 21 −=

D1 = OD de muestra diluida inmediatamente después de la preparación (mg/L)

D2 = OD de muestra diluida después de 5 días de incubación a 20 °C (mg/L)

P = Fracción decimal volumétrica de la muestra usada

CUESTIONARIO

1) ¿En qué casos debe realizarse una siembra de microorganismos en el agua de dilución?

2) ¿Cómo se determina el DBO en muestras compuestas?



DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO

FUNDAMENTOS

La Demanda Química de Oxígeno (DQO) está definida como la cantidad de un oxidante específico que reacciona con la muestra bajo condiciones controladas. La cantidad de oxidante consumido es expresado en términos de su equivalencia con el oxígeno. El oxidante específico es el ion dicromato (Cr2O7

-2), al reaccionar es reducido al ion Cr+3. Los componentes orgánicos e inorgánicos de la muestra son sujetos a oxidación.

El DQO es normalmente utilizado para medir la contaminación de aguas naturales y residuales. En algunos casos el DQO puede relacionarse con el DBO y el COT.

Análisis del DQO genera residuos peligrosos y tóxicos como mercurio, cromo hexavalente y ácido sulfúrico, que deben tener una disposición final adecuada.

El método para la determinación del DQO a utilizar en la presente práctica es el método de reflujo abierto que es adecuado para un tamaño de muestra grande.

TOMA Y PRESERVACION DE MUESTRA

Las muestras deben ser colectadas preferentemente en botellas de vidrio. Preservar la muestra acidificando con H2SO4 concentrado a pH ≤ 2. Homogenizar las muestras que contienen sólidos suspendidos antes del análisis.

Reacción involucrada:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O Oxidación natural

C6H12O6 + 4 Cr2 −2

7O + 32 H+ → 6 CO2 + 8 Cr3+ + 22 H2O DQO

APARATOS

a. Aparatos de reflujo

b. Licuadora

REACTIVOS

a. Solución estándar de dicromato de potasio 0.04167 M ó 0.25 N: Disolver 12.259 g de estándar primario de K2Cr2O7 previamente secado a 150 °C por 2 h, en agua destilada y diluir a 1 L.

b. Reactivo de ácido sulfúrico: Adicionar cristales de Ag2SO4 al H2SO4 en la relación 5.5 g Ag2SO4 / Kg H2SO4 dejar disolver de 1 a 2 d.

c. Solución indicador de ferroína: Disolver 1.485 g de 1,10 – fenantrolina monohidratada y 695 mg de FeSO4.7H2O en agua destilada y diluir a 100 mL .

d. Titulante estándar de sulfato ferroso amoniacal (FAS) 0.25 M: Disolver 98 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O en agua destilada. Adicionar 20 mL de H2SO4 concentrado, enfriar y diluir a 1 L..

e. Sulfato Mercúrico en cristales (HgSO4).



f. Estándar de hidrógeno ftalato de potasio (KHP) HOOCC6H4COOK : Moler y luego secar el KHP hasta peso constante a 110 °C. Disolver 425 mg en agua destilada y diluir a 1 L.

PROCEDIMIENTO

Tratamiento de muestras con DQO mayor a 50 mg O2/L

Licuar la muestra si es necesario y pipetear 50 mL en un frasco de reflujo de 500 mL. Adicionar 1 g de HgSO4, colocar algunas támaras de vidrio y adicionar lentamente 5 mL de reactivo de H2SO4, agitar hasta disolver el HgSO4. Enfriar mientras se está agitando para evitar pérdidas por volatilización.

Adicionar 25 mL de solución de K2Cr2O7 y mezclar. Adjuntar el frasco de reflujo a un condensador. Adicionar el resto del reactivo de H2SO4 (70 mL) por la parte superior abierta del condensador. Continuar agitando y mezclando mientras se adiciona el reactivo de H2SO4.

Cubrir la parte superior del condensador con un pequeño vaso para prevenir el ingreso de algún material externo. Mantener la mezcla en reflujo por 2 horas. Enfriar y lavar el condensador con agua destilada. Desconectar el reflujo y el condensador, diluir la mezcla aproximadamente en dos veces su volumen con agua destilada.

Enfriar a temperatura ambiente y titular el exceso de K2Cr2O7 con FAS, usando 2 o 3 gotas de indicador ferroína.

Tomar como punto final de la titulación el primer cambio de color azul verdoso a marrón rojizo que persiste por más de un minuto.

CÁLCULO

DQO(mg O2/L) muestramL

MBA

..

8000)( ××−=

Donde:

A = mL de FAS usados para el blanco

B = mL de FAS usado para la muestra

M = molaridad FAS

8000 = peso miliequivalente de oxígeno por 1000 mL/L

CUESTIONARIO

1) ¿Cuál es la relación que existe entre el DQO y el DBO?

2) ¿Cuál es la finalidad de agregar H2SO4 en la toma de muestra?

3) ¿Cuál es la finalidad de utilizar un blanco en la determinación de DQO?



Determinación de la alcalinidad en aguas naturales

FUNDAMENTOS

Alcalinidad del agua es la capacidad ácida-neutralizante de este. Esto es la suma de todas las bases titulables. La medida del valor puede variar con el punto final del pH usado. La alcalinidad es una medida de las propiedades agregadas del agua y puede ser interpretada en términos de sustancias específicas cuando la composición química de la muestra es conocida. No se debe cometer el error de considerar a la alcalinidad o acidez como pH.

La alcalinidad es importante en la vida acuática debido a que este protege, tiene un efecto tampón a los cambios rápidos de pH. Para la protección de la vida acuática la alcalinidad o capacidad buffer no debería ser menor de 20 mg/L.

El método para la determinación de la Alcalinidad a utilizar en la presente práctica es el método Standard Methods 2320 B

TOMA DE MUESTRA Y ALMACENAMIENTO

Colectar las muestras en frascos de polietileno o de vidrio borosilicatado y almacenar a temperatura de 4 °C, llenar completamente el frasco sin dejar espacio. Debido a que las muestras de agua pueden estar sujetas a la acción microbiana y perder o ganar CO2 al estar expuestos al aire, analizar la muestra preferentemente en el día de la toma de muestra.

REACTIVOSa) Disolución de ácido clorhídrico (0,1 M). Diluir 8,3 mL de ácido clorhídrico

concentrado en 1L con agua libre de CO2.b) Disolución de ácido clorhídrico (0,02 M). Diluir 200 mL de ácido clorhídrico en 1 L

de agua.c) Disolución indicadora de naranja de metilo. Pesar aproximadamente y con

precisión 0,5 g del colorante naranja de metilo y aforar a 1L con agua. Filtrar la disolución fría para remover cualquier precipitado que se forme. O bien, pesar aproximadamente y con precisión 0,5 g de la sal de sodio y diluir a 1 L con agua,

si es necesario filtrar cuando esté fría la disolución.d) Disolución indicadora de fenolftaleína. Pesar aproximadamente y con precisión 5,0

g de fenolftaleína y disolver en 500 mL de etanol, añadir 500 mL de agua con agitación constante. Filtrar si hay formación de precipitado.



PROCEDIMIENTOa) Transferir 100 mL de muestra en un matraz erlenmeyer de 250 mL.b) Adicionar 2 gotas de disolución indicadora de fenolftaleínac) Titular con la disolución valorada de ácido (0,02 M) hasta el vire de la fenolftaleína

(de rosa a incoloro), registrar los mililitros gastados (alcalinidad a la fenolftaleína). Adicionar 2 gotas de la disolución indicadora de naranja de metilo.

d) Continuar con la titulación hasta alcanzar el vire del naranja de metilo. (de canela a rojo), alcalinidad total.

e) Registrar los volúmenes para ambos puntos finales.

CALCULOS

Calcular la alcalinidad, tomando en cuenta el vire de los indicadores.

Alcalinizad mg CaCO3/L muestramL

NA 50000××=

A: Es el volumen total gastado de ácido en la titulación al vire del anaranjado de metilo en mL;N: Es la normalidad de la disolución de ácido;100: Es el volumen de la muestra en mL;50: Es el factor para convertir eq/L a mg CaCO3/L, y1 000: Es el factor para convertir mL a L.

Relaciones de alcalinidad

Resultados de la Titulación

Alcalinidad porHidróxido

como CaCO3

Alcalinidad porCarbonate como

CaCO3

Bicarbonato Concentración

como CaCO3

P = 0 0 0 TP < ½T 0 2P T – 2PP = ½T 0 2P 0P > ½T 2P – T 2(T – P) 0

P = TT

0 0

P: Alcalinidad con Fenolftaleína; T: alcalinidad total

CUESTIONARIO1) 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 del 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?

2) ¿Qué significa tener un bajo valor de alcalinidad?3) Clasifique la alcalinidad de la muestra de agua del ejercicio 1 y de la práctica.



PROPIEDADES DEL AIRE

DETERMINACIÓN DE CO2 LIBRE EN EL AGUA

FUNDAMENTOS

El dióxido de carbono es el ácido débil más importante en el agua, esto es debido a la presencia de CO2 en el aire (0.035% en aire seco), y al decaimiento microbiano de la materia orgánica. La solubilidad del CO2 y otros gases en el agua esta dada por la ley de Henry, que dice que la solubilidad de un gas a una temperatura constante es proporcional a la presión parcial del gas en contacto con el líquido.

)(2)(2 acg COCO ⇔

Ley de Henry: [ ]2)(2 COac PKCO ×=

K: constante de Henry 3.38 x 10-2 mol x L-1 x atm-1

Realizando una corrección por el efecto de la presión de vapor de agua a 25 °C

atmatmatmPCO 00024.000035.0)313.000.1(2

=×−=

[ ] LmgmolmgatmatmLmolCO ac /357.04400000024.01038.3 1112)(2 =×××××××= −−−−

El método de determinación está basado en la reacción del CO2 libre del agua con el NaOH, formando bicarbonato. Es aplicable a muestras de agua que no contengan cantidades apreciables de hidróxido de amonio, aminas, fosfatos, boratos, silicatos, sulfuros y nitritos. También puede interferir la presencia de ácidos minerales y de sales de ácido fuerte y base débil y en menor grado la presencia de aluminio, hierro cromo y cobre.

TOMA DE MUESTRA

La toma de muestra se debe realizar evitando agitación e inclusión de CO2 atmosférico, el análisis debe ser lo más pronto posible.

REACTIVOS

a. Solución valorada de NaOH 0.02N

b. Solución indicadora de fenolftaleína

PROCEDIMIENTO

a. Tomar 100 mL de muestra y pasar a un matraz de 250 mL

b. Adicionar 5 gotas de fenolftaleína

c. Titular la muestra con solución de NaOH 0.02N

d. Detener la titulación en el punto cuando se produzca el viraje de incolora a rojo grocella



CALCULOS

muestrademL

VLCOdemg

0004402.0/2

××=

Donde V: volumen consumido de NaOH 0.02 N en mL

CUESTIONARIO

1) En un lugar donde el contenido de CO2 en el aire seco es de 0.05%. ¿Cuál es el contenido de CO2 libre en el agua?

2) La oxidación de una molécula orgánica disuelta, como afecta el contenido de CO2

libre en el agua

3) Escriba las reacciones que se llevan a cabo en la valoración del CO2.



DETERMINACIÓN DE HIERRO TOTAL

FUNDAMENTOS

La abundancia promedio de Fe en la corteza terrestre es de 6.22%; en los suelos tiene un rango de 0.5% a 4.3%; en ríos su promedio es aproximadamente 0.7 mg/L y en aguas subterráneas es de 0.1 a 10 mg/L.

La solubilidad del ion Fe+2 es controlada por la concentración de los iones carbonato. Debido a que en las aguas subterráneas existe condiciones anoxidas, el hierro se encuentra en forma ferrosa. Cuando se expone al aire o se adiciona sustancias oxidantes, el hierro es oxidado al estado férrico (Fe+3) y puede hidrolizarse a óxido férrico de color rojo e insoluble. Elevados valores de hierro en el agua puede causar manchas en los utensilios de cocina y cañerías de lavandería, además puede impartir olores y sabores desagradables a las comidas.

El método empleado para la determinación de hierro total es el método de la fenantrolina 3500 Fe B del Standard Methods 20 th 1998. Este método se basa en reducir el hierro de la solución al estado ferroso por: calentamiento, adición de hidroxilamina y tratamiento con 1,10-fenantrolina a pH 3.2 – 3.3.

En este procedimiento 3 moléculas de fenantrolina forman un quelato con el Fe+2 para formar un complejo rojo anaranjado que puede ser medido a una longitud de onda de 510 nm.


Para la determinación precisa del hierro total, se debe usar un recipiente especial de plástico o de vidrio. Adicionar unas gotas de HNO3 en el momento de la colección, para llevar todo el hiero a la solución y prevenir la adsorción o deposición sobre las paredes del recipiente.

En el caso de medir hierro disuelto se debe filtrar la muestra sobre una membrana de filtro de 0.45 μm en el momento de la toma de muestra.

APARATOS

Espectrofotómetro para medir a 510 nm.

REACTIVOS

a. Ácido clorhídrico concentrado HCl conc

b. Solución de hidroxilamina: disolver 10 g de NH2OH.HCl en 100 mL de agua.

c. Solución de buffer acetato de amonio: disolver 250 g de NH4C2H3O2 en 150 mL de agua. Adicionar 700 mL de ácido acético glacial.

d. Solución de fenantrolina: Disolver 100 mg de 1,10-fenantrolina monohidratada. C12H8N2.H2O, en 100 mL de agua por agitación y calentamiento a 80 °C. no ebullir.

e. Solución stock de hierro: adicionar suavemente 20 mL de H2SO4 conc a 50 mL de agua y disolver 1.404 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O. Adicionar gotas de solución de



KMnO4 0.1 M hasta la aparición de un color rosado. Diluir a 1 L con agua destilada y mezclar: 1.00 mL = 200 μg Fe.

f. Solución estándar de hierro: preparar diariamente para el uso.

PROCEDIMIENTO

1. Tomar una alícuota de 50 mL de la muestra y llevarlo a un erlenmeyer. Adicionar 2 mL de HCl conc y 1 mL de solución de hidroxilamina

2. Adicionar unas támaras de vidrio y calentar a ebullición. Para asegurar que todo el hierro se ha disuelto, continuar calentando hasta que el volumen se reduzca a 15 ó 20 mL.

3. Enfriar a temperatura ambiente y transferir a un fiola de 50 mL.

4. Adicionar 10 mL de solución buffer de NH4C2H3O2 y 4 mL de solución de fenantrolina, enrasar, mezclar y dejar desarrollar el color por 10 minutos.

5. Repetir la misma operación con los estándares.

6. En el espectrofotómetro realizar las lecturas de absorbancia a 510 nm.

CÁLCULO

Construir la curva de calibración y plotear la concentración de iones hierro de la muestra.

CUESTIONARIO

1) ¿Qué otros métodos de determinación de hierro existe?

2) ¿Cuáles son los límites máximos permisibles de hierro en la legislación peruana?

3) ¿Qué representa el hierro total en una muestra de agua?

4) ¿En qué consiste la Ley de Beer?



DETERMINACIÓN DE NITRATOS

FUNDAMENTOS

Los iones nitratos son las formas oxidadas del nitrógeno, éstas aparecen en cantidades trazas en el agua superficial pero puede alcanzar niveles altos en el agua subterránea. Cantidades excesivas de nitrato contribuyen a una enfermedad infantil denominada Metahemoglobinemia. Para prevenir esta enfermedad se establece como límite máximo recomendado 10 mg de nitrato como nitrógeno /L. Los nitratos son nutrientes esenciales para muchos organismos autótrofos fotosintéticos.

Para la determinación de nitratos se empleará el método colorimétrico del complejo nitrato-ácido salicílico donde se utiliza la ley de Beer y la construcción de una curva de calibración.

Ley de Beer: bcA ..ε=

A : Absorbanciaε : Coeficiente de absortividad molarc : Concentración b : Longitud

La ley de Beer es adecuada para soluciones diluidas, en caso de tener absorciones mayores a 2 se debe realizar diluciones.

En la curva de calibración interpolar el valor de la absorbancia y encontrar la concentración de la muestra.

Curva de calibración de Nitratos

y = mx + b

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 5 10 15 20concentración (mg/L)

ab

so

rba

nc

ia

TOMA DE MUESTRA

Iniciar la determinación del nitrato en el menor tiempo posible. Si es necesario almacenar la muestra hasta por un tiempo de 2 días a 4 °C. Para almacenamientos prolongados para muestras sin cloro, preservar la muestra con 2 mL de H2SO4 concentrado / L, almacenar a 4 °C.



REACTIVOS

a. Agua libre de nitratos

b. Hidróxido de sodio 4M

c. Acido salicílico al 5% (p/p) en ácido sulfúrico concentrado

d. Solución stock de nitrato de potasio KNO3 de 100 mg/L

EQUIPOS

a. Espectrofotómetro UV – visible

PROCEDIMIENTO

a. Preparar 50 mL de soluciones estándar de nitrato: 2, 4, 8, 12, 16, 20 mg/L

b. Adicionar en un tubo de ensayo 1 mL de ácido salicílico al 5% y 10 mL de NaOH 4M por 0.5 mL de solución estándar

c. Repetir el paso b utilizando el blanco y la muestra problema

d. Agitar y dejar reposar por 30 minutos

e. Medir la absorbancia máxima a 410 nm

CALCULOS

a. Construir una curva de calibración y por interpolación de la absorbancia debido al nitrato determine la concentración de la muestra problema

CUESTIONARIO

1) ¿Qué otros métodos de determinación de nitrato existen?

2) ¿Cuáles son las formas de nitrógeno presentes en un cuerpo de agua?

3) ¿Qué implicancias sanitarias tiene un valor elevado de nitratos en el agua?



ABLANDAMIENTO DE AGUAS

FUNDAMENTOS

Es un proceso mediante el cual se remueven las sales insolubles responsables de la dureza (sales de Calcio y de Magnesio). Los métodos de ablandamiento más utilizados son:

• Ablandamiento del agua por la cal sodada

• Ablandamiento del agua con carbonato bárico y cal

• Ablandamiento por resinas de intercambio iónico

En el proceso de la cal sodada se agrega al agua una suspensión lechosa de cal (hidróxido de calcio) en cantidad necesaria junto con una cantidad de solución de carbonato sódico y se precipita el carbonato de calcio formado, de acuerdo a la ecuación química:

OHOHMgCaCOHCOMgOHCa s 22)(3232 2)(2)()(2 ++⇔+

La reacción entre el hidróxido de calcio y el bicarbonato de magnesio produce el carbonato de magnesio que precipita y se representa mediante la ecuación química:

)(23)(3)(23)(2 22)()(2 lsaqaq OHCaCOMgCOHCOMgOHCa ++⇔+

La reacción entre el sulfato de magnesio y el hidróxido de calcio produce el sulfato de calcio que precipita y el hidróxido de magnesio que genera dureza permanente, se representa mediante la ecuación química:

)(4224 )()( sCaSOOHMgOHCaMgSO +⇔+

Puede observarse que el hidróxido de calcio elimina los bicarbonatos solubles de calcio y de magnesio completamente, pero la dureza originada por el bicarbonato de magnesio produce un equivalente de sulfato de calcio.

La dureza permanente del agua debida a la presencia del sulfato de calcio se elimina con la adición de carbonato de sodio y la reacción que ocurre entre el sulfato de sodio y el carbonato de sodio produce el carbonato de calcio que precipita y el sulfato de sodio.

Agregando un exceso de carbonato de sodio del necesario teóricamente, se logra la eliminación más rápida y de manera más completa la dureza permanente del agua. Se representa mediante la ecuación química:

423324 SONaCaCOCONaCaSO +⇔+

REACTIVOS

a. Solución de hidróxido de calcio al 5 %

b. Solución de carbonato de soido al 10 %

c. Solución valorada de EDTA

d. Buffer pH 10

e. Indicador sólido NET



PROCEDIMIENTO

Ablandamiento del agua por la cal sodada

a. A 100 mL de muestra adicionar 2 mL de la solución de solución de hidróxido de calcio al 5 % y 1 agitar y dejar en reposo por 5 minutos.

b. Adicionar 2 mL de solución de carbonato de sodio al 10 %, filtrar.

c. Guardar la solución resultante para posterior determinación de la dureza.

Determinación de la dureza total del agua

a. En dos matraces erlenmeyer colocar en uno de ellos 20 mL de muestra ablandada y en el otro 5 mL de muestra sin ablandar.

b. Adicionar 1 mL de buffer pH 10 y un punta de espátula de indicador NET.

c. Titular la muestra utilizando solución valorada de EDTA, el final de la titulación se observa cuando se produce el viraje de color rojo intenso a un color azul.

CALCULOS

)(

10/

5

3 muestramlV

MVLCaCOmg EDTAEDTA ××

=

CUESTIONARIO

1) ¿Qué otros métodos de ablandamiento de aguas existen?

2) Definir dureza total, permanente y temporal



CLORO RESIDUAL

FUNDAMENTOS

La clorinación de los cuerpos de agua, sirve principalmente para destruir o desactivar los microorganismos y bacterias producidas en el agua. Un beneficio secundario, particularmente en el tratamiento de agua para bebida es el conjunto de mejoras en la calidad del agua resultante. La clorinación puede producir efectos adversos como la intensificación del sabor y olor característicos de los fenoles y otros compuestos orgánicos presentes.

El cloro aplicado al agua en su forma molecular o como hipoclorito, es hidrolizado para formar cloro libre que consiste de cloro molecular acuoso, ácido hiplocloroso (HOCl) y el ion hipoclorito (OCl-). La relativa proporción de estos depende de la temperatura y del pH del agua.

HOClClHOHCl ++→+ −+22

[ ][ ][ ][ ]

4

2

105.4 −−+

×==Cl

HOClClHK

HOCl⇌ −+ +OClH

En la presente práctica se empleará el método iodométrico y el colorimétrico DPD para la medición de la concentración del cloro total.


El cloro en solución acuosa no es estable por lo tanto el contenido de cloro en las muestras desciende rápidamente. La exposición a la luz solar, luz fuerte o agitación acelera la reducción del contenido del cloro, se recomienda una inmediata determinación del contenido del cloro después de la toma de muestra.

REACTIVOS

a. Ácido Acético concentrado.

b. Cristales de Ioduro de Potasio.

c. Solución estándar de tiosulfato de sodio 0.1N: Disolver 25 g de Na2S2O3.5H2O en agua destilada.

d. Titulante estándar de tiosulfato de sodio 0.01N: A partir de la solución añeja 0.1N.

e. Solución Indicadora de almidón: Disolver 5 g de almidón en un poco de agua caliente y diluir con 1 L de agua en ebullición, agitar y dejar sedimentar toda la noche. Usar la parte clara superior.

f. Pastillas de DPD: N,N-dietil-p-fenilendiamina.

g. Comparador de Cloro.



PROCEDIMIENTO

Método Iodométrico

a. Volumen de muestra: Seleccionar un volumen que requiera no más de 20 mL de tiosulfato de sodio 0.01N y no menos de 0.2 mL para la determinación de punto final de iodo - almidón.

b. Preparación de la titulación: Tomar 5 mL de ácido acético o el volumen necesario para reducir el pH a valores entre 3.0 a 4.0. Adicionar aproximadamente 1 g de KI a la muestra.

c. Titulación: Titular directamente a la luz solar. Adicionar desde la bureta solución de Na2S2O3 0.01N hasta amarillo pálido, color del iodo liberado. Adicionar 1 mL de solución de almidón y titular hasta la desaparición del color azul.

d. Blanco de titulación: Tomar un volumen de agua destilada correspondiente al volumen usado para la titulación, adicionar 5 mL de ácido acético, 1g de KI y 1 mL de solución de almidón, proceder a titular: 1) Si aparece el color azul, titular con solución de Na2S2O3 0.01N hasta desaparición del color azul, reportar el resultado como B negativo. 2) Si no aparece el color azul titular con solución de iodo 0.0282N hasta aparición del color azul. Titular por retroceso con solución de Na2S2O3 0.01N y la diferencia es B positivo.

CALCULOS

Para la determinación de cloro residual en una muestra de agua:

mg de Cl como Cl2/L muestrademL

NBA

..

450.35)( ××±=

Método Colorimétrico DPD

a. Vierta la muestra en la celda comparadora de color, hasta aforo

b. Adicione la pastilla de DPD sobre la muestra, tape la celda y mezcle.

c. Deje unos minutos que desarrolle el color.

d. Compare el color desarrollado de la muestra con la escala de la celda.

e. Tome el valor en mg/L de la máxima intensidad del color.

CUESTIONARIO

1) ¿Qué problemas encontraría al determinar cloro disuelto en aguas residuales con alto contenido de materia orgánica?

2) ¿Qué método utilizaría para la determinación del contenido de cloro en muestras con contenidos menores a 1 mg/L?

3) ¿Qué son las cloraminas?



DEMANDA Y REQUERIMIENTO DE CLORO

FUNDAMENTOS

El cloro reacciona con los constituyentes de una muestra de agua mediante procesos de oxidación, adición y sustitución. El cloro puede oxidar a especies reducidas como el Fe+2, Mn+2 y sulfuros reduciéndose a cloruro inorgánico. El cloro puede adicionarse a olefinas y otros compuestos que contienen doble enlace. También el cloWro puede sustituirse sobre substratos químicos. Las reacciones de adición y sustitución producen especies organocloradas, también al reaccionar con al amonio forma cloraminas.

NH4+ + HOCl NH2Cl (monocloraminas) + H2O + H –

NH2Cl + HOCl NHCl2 (dicloraminas) + H2O

NHCl2 + HOCl NCl3 (tricloraminas) + H2O

Si a una muestra de agua que no contiene demanda de cloro se le va adicionando cantidades crecientes de cloro los residuales se igualan en dosajes. Ploteando dosajes contra residuales se forma una línea recta que forma un ángulo de 45° con sus ordenadas.

Si el agua tiene materia orgánica, esta reaccionará con el cloro consumiendo todo o parte de él. A esto se le llama “Demanda de Cloro”.

La acción del cloro sobre la materia orgánica y los organismos vivos es simultánea. Sin embargo, se ha convenido asumir que el cloro como desinfectante debe satisfacer primero la demanda y luego ejercerá su acción como bactericida.

TOMA DE MUESTRA

Los resultados son confiables cuando la muestra tiene un bajo contenido de sólidos suspendidos. Si la muestra es analizada dentro de las 24 horas de colección, es necesario refrigerar sin acidificación a 4 °C, inmediatamente después de la toma de muestra. Para preservar la muestra hasta un máximo de 28 días se debe congelar a –20 °C sin acidificación.

REACTIVOS

a. Agua libre de demanda de cloro

b. Ácido acético concentrado

c. Cristales de ioduro de potasio KI

d. Titulante estándar de tiosulfato de sodio

e. Solución indicadora de almidón

f. Solución estándar de cloro: preparar por dilución de hipoclorito de sodio comercial



PROCEDIMIENTO

a. Medir la temperatura y el pH de la muestra, proteger la muestra de la luz, ajustar el pH si es necesario.

b. Preparar 10 fiolas de 100 mL, rotular, agregar 1 mL de soluciones estándares de cloro.

c. Completar el volúmen de la fiola con 50 mL de muestra y simultáneamente enrazar con agua destilada.

d. Agitar vigorosamente y dejar reposar a temperatura ambiente en oscuridad por 1 hora.

e. Determine el cloro residual por el método iodométrico.

CALCULOS

a. Demanda de cloro: seleccionar la porción de muestra con un contenido de cloro residual en el punto final del periodo de contacto que satisface el siguiente criterio:

i. Rs < Ds - 1.4 Rmin

ii. Rs > Rmin

iii. La dosis es muy similar al rango de dosaje esperado en el campo

Donde:

Rs: residual después del tiempo de contacto, mg/L

Ds: dosis, mg/L

Rmin: residual mínimo medible por el método, mg/L (1mg/L)

El primer requisito asegura que le cloro residual y la demanda son mayores que su respectivo mínimo límite de detección.

Demanda de cloro, mg/L = (Ds - Rs) – (DB - RB)

Donde:

RB: residual del blanco después del tiempo de contacto, mg/L

DB: Blanco de dosis, mg/L

b. Requerimiento de cloro: reportar la dosis de cloro que produce un efecto residual después del tiempo de contacto deseado

CUESTIONARIO

1) ¿Qué efecto sobre la salud producen las cloraminas?

2) ¿Cuál es la diferencia entre cloro residual, demanda de cloro y requerimiento de cloro?



DETERMINACIÓN DE METALES

FUNDAMENTOS

Los metales en un cuerpo de agua pueden encontrarse en diferentes matrices, existen metales disueltos, metales adsorbidos en las partículas sedimentables y los metales en el sedimento.

En la presente práctica determinaremos el contenido de metales disueltos en un cuerpo de agua utilizando el Espectrofotómetro de Absorción Atómica.

En la espectroscopia atómica, las muestras se vaporizan a muy altas temperaturas, y las concentraciones de átomos seleccionados se determinan midiendo la absorción en sus longitudes de onda características

Figura N° 1. Espectrofotometría de Absorción Atómica

Figura N°2: Señal analítica

TOMA DE MUESTRA

La toma de muestra se debe realizar utilizando un filtro, de esta manera sólo se analizará los metales disueltos y se dejará de lado a los metales que se encuentran adsorbidos en la superficie de las partículas sedimentables o en suspensión. Si se desea conservar la muestra se debe adicionar 1 mL de HNO3 de tal forma que los metales se mantienen en su forma oxidada y a este valor de pH < 1 están disueltos.

REACTIVOS

a. Soluciones estándares de Fe3+ de 0.5 , 1.0, 5.0, 10.0 mg/L

b. Soluciones estándares de Zn2+ de 0.5 , 1.0, 5.0, 10.0 mg/L



c. Ácido nítrico concentrado

EQUIPOS

a. Equipo de Absorción Atómica

PROCEDIMIENTO

a. Ajustar el equipo de Absorción atómica de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Lámpara del elemento a analizar, longitud de onda, altura de la ventana, tipo de combinación combustible y oxidante.

b. Construir la curva de calibración utilizando la absorción y concentración de los estándares.

c. Introducir la muestra problema y leer el valor de absorción.

d. Si es necesario realizar diluciones de la muestra problema, 1 en 10 o 1 en 100.

CALCULOS

a. Construir una curva de calibración y por interpolación de la absorbancia debido al metal medido determine la concentración de la muestra problema

CUESTIONARIO

1) ¿Qué otros tipos de mezclas de combustible oxidante existen?

2) ¿Qué otro método de determinación de metales existen?

3) En caso de disponer de muestras con concentraciones muy pequeñas del analito ¿qué variación incluiría en el equipo?

4) ¿Cómo funciona el equipo de absorción atómica?


Documents

GUIA QUIMICA AMBIENTAL_UNALM