alcalinidad

6 al 8 de diciembre 2006. Morelia, Michoacán, México

Determinación de alcalinidad y acidez en aguas en el laboratorio de ingeniería sanitaria y Ambiental

M. Serrano Medrano, J. A. Rodríguez Castro, J. A. Chávez Cárdenas, R. Ruiz Chávez R. García Acevedo

Facultad de Ingeniería Civil DES Ingenierías Arquitectura, UMSNH.

Resumen: El Laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la Facultad de Ingeniería Civil lleva a cabo, entre otras actividades, pruebas de calidad del agua en sus instalaciones. Estas pruebas se realizan por un lado, para satisfacer las demandas educativas y de investigación dentro del Departamento de Ingeniería Sanitaria y Ambiental y, por otro lado para satisfacer la demanda del servicio a particulares. Una de las pruebas que se realiza cotidianamente en laboratorio es la determinación de alcalinidad y acidez en aguas. La importancia de esta determinación, radica entre otros factores, en el daño que se ocasiona a los seres vivos que se encuentren tanto en contacto directo como indirecto con las aguas altamente alcalinas o ácidas y el daño a infraestructuras o medios inertes que se encuentren también en contacto con dichas aguas.

Introducción Alcalinidad.

La alcalinidad de un agua puede definirse como su capacidad para neutralizar ácidos ó como su capacidad para reaccionar con iones hidrógeno.

La determinación de la alcalinidad total y de las distintas formas de alcalinidad es importante en los procesos de coagulación química, ablandamiento, control de corrosión y evaluación de la capacidad tampón de un agua.

En aguas naturales la alcalinidad es debida generalmente a la presencia de tres clases de iones: a) Bicarbonatos b) Carbonatos c) Hidróxidos

En algunas aguas es posible encontrar otras clases de compuestos (boratos, silicatos, fosfatos, etc.), que contribuyen a su alcalinidad; sin embargo, en la práctica la contribución de éstos es insignificante y puede ignorarse.


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La alcalinidad varía con el lugar de procedencia del agua, presentando desde unos cuantos mg./l hasta varios cientos. Las aguas residuales domésticas tienen regularmente una alcalinidad ligeramente mayor que el agua de la que proviene, pero un incremento anormal en ella en una relación con el agua de la que provienen o con la corriente receptora, indica que se está descargando un desecho industrial muy básico en el sistema de alcantarillado o en la corriente.

Las aguas altamente alcalinas no son aceptables para el abastecimiento público, teniendo que ser sometidas a tratamiento para su uso.

La alcalinidad del agua se determina por titulación con ácido sulfúrico (ácido fuerte) y se expresa como mg/l de CaCO3 (carbonato de calcio) equivalente a la alcalinidad determinada.

Los iones procedentes de la solución de ácido neutralizan los iones OH – (hidroxilo) libres y los disociados por concepto de la hidrólisis de carbonatos y bicarbonatos.

La titulación se efectúa en dos etapas sucesivas, definidas por los puntos de equivalencia para los bicarbonatos y el ácido carbónico, los cuales se indican electrométricamente por medio de indicadores.

La fenolftaleína y el metil naranja ó el metacresol púrpura y el bromocresol verde son los indicadores usados para la determinación de la alcalinidad.

La fenolftaleína es incolora para valores de pH < 8.3 (Figura 1) y vira a un color rosado a pH>8.3 (Figura 2). El metil naranja, como se muestra en la Figura 3, es de color amarillo para valores pH>4.5 (en presencia de las formas de alcalinidad) y vira a color naranja en condiciones ácidas (Figura 4).

Fig. 1 La fenolftaleína es incolora para valores de Ph< 8.3


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Fig. 2 La fenolftaleína vira a un color rosado para valores de Ph>8.3.

Fig. 3 El metil naranja presenta una coloración amarilla para Ph> 4.5

Fig. 4 El metil naranja presenta una coloración naranja en condiciones ácidas.


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Acidez La acidez en agua puede definirse como su capacidad para neutralizar bases o como su capacidad para reaccionar con iones hidroxilo.

La determinación de la acidez es de importancia en Ingeniería Sanitaria debido a las características corrosivas (debidas principalmente a la presencia de CO2) de las aguas ácidas y al costo que supone la remoción y el control de las substancias que producen corrosión. La acidez también interfiere en diferentes procesos biológicos.

La causa más común de acidez en aguas es el CO2, el cual puede estar disuelto en el agua como resultado de las reacciones de los coagulantes químicos usados en el tratamiento, o de la oxidación de la materia orgánica, o por disolución de CO2 atmosférico (ya que éste es ligeramente soluble en agua).

Interferencias

El color y la turbiedad de la muestra, así como gases disueltos que beneficien su alcalinidad o acidez

Objetivo El objetivo de la determinación de la alcalinidad y acidez en aguas, en el laboratorio de ingeniería sanitaria y ambiental, es principalmente el de dar a conocer a los alumnos su importancia. Ya que como se ha mencionado anteriormente, aguas altamente ácidas producen corrosión en tuberías, no permiten la proliferación de gran parte de la vida acuática y en contraparte aguas altamente alcalinas producen, entre otros daños, incrustación en tuberías.

Material y equipo requerido Buretas (50 ml) Probetas (100 ml) Matraz Erlenmeyer (250 ml) Vaso de precipitados Soporte Universal Pinzas para bureta Termómetro Indicador de fenolftaleína Indicador naranja de metilo H2SO4 0.02 N NaOH 0.02 N Tiosulfato de sodio 0.1 N


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Procedimiento para la determinación

Determinación de alcalinidad total (T) 1. Colocar 100 ml de muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 ml 2. Medir el pH 3. Declorar agregando una gota de tiosulfato de sodio 0.1N 4. Agregar 2 gotas de indicador naranja de metilo 5. Titular con H2SO4 (ácido sulfúrico) 0.02 N hasta la aparición de un ligero color naranja

(pH= 4.5) 6. Anotar el volumen de H2SO4 utilizado (A)

Los resultados se expresan en mg/litro de CaCO3

Cálculos:

Alcalinidad total en mg/l de CaCO3 muestrademl

NAT 50000××=

De donde: A = ml de ácido valorado usado en la titulación

N = Normalidad del ácido.

T = alcalinidad total

Se considera que toda la alcalinidad se debe a los iones bicarbonatos, carbonatos e hidróxido, suponiendo la ausencia de otros ácidos débiles de compresión orgánica o inorgánica, como silícico, fosfórico y bórico. Como los cálculos se hacen sobre una base estequiométrica, los resultados no representan en su estricto sentido las concentraciones de los iones.

El sistema se basa en los principios siguientes.

1).-Hay alcalinidad de carbonatos cuando la alcalinidad a la fenolftaleína no es nula; pero es menor que la alcalinidad total.

2).-Hay alcalinidad de hidróxidos cuando la alcalinidad a la fenolftaleína es mayor de la mitad de la alcalinidad total.

3).-Hay alcalinidad de bicarbonatos cuando la alcalinidad a la fenolftaleína es menor de la mitad de la alcalinidad total.

Las relaciones entre alcalinidad total (T) y alcalinidad a la fenolftaleína (F) para la obtención de las 5 condiciones posibles de alcalinidad se muestran en la Tabla 1.

El valor de F para los diferentes valores de pH puede obtenerse de la tabla 2:


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Determinación de acidez

1. Colocar 100 ml de muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 ml 2. Medir pH 3. Declorar agregando una gota de tiosulfato de sodio 0.1 N 4. Agregar 4 gotas de fenolftaleína 5. Titular con NaOH (hidróxido de sodio) 0.2 N hasta la aparición de un ligero color rosado

(pH 8.3) 6. Anotar el volumen de NaOH utilizado (B)

Los resultados se expresan en mg/litro de CaCO3

Cálculos:

Acidez en mg/ l deCaCO3 muestrademl

NNaOHdeml )50000)()((=

Montserrat Serrano Medrano. Ingeniero Civil egresada de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo en 2004. Es técnico académico del laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.

Dirección de la autora: edif. ‘PIC’ P.B., C.U. Morelia, Michoacán, México.

e-mail: [email protected]

J. Alberto Rodríguez Castro. Ingeniero Civil egresado del Instituto Politécnico Nacional, maestría y doctorado en Ingeniería de los recurso hídricos en la Universidad de Kansas, EE.UU. Es profesor investigador de tiempo completo de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.

Dirección del autor: edif. ‘PIC’ Planta Alta, C.U. Morelia, Michoacán, México.


Julio A. Chávez Cárdenas. Ingeniero Civil egresado de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo en 1973. Obtuvo el grado de maestría en Vías Terrestres en 2003 y especialidad en Ingeniería Sanitaria por parte de la Universidad Autónoma de Chihuahua. Es profesor investigador de tiempo completo de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H

Dirección del autor: edif. ‘PIC’ P.B., C.U. Morelia, Michoacán, México.



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Ricardo Ruiz Chávez. Ingeniero Civil egresado de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo en 1997. Cursó la Maestría en Ciencias con Especialidad en Ingeniería Ambiental en 2001 en el Instituto Politécnico Nacional. Es técnico académico del laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.

Dirección del autor: edif. ‘PIC’ PB, C.U. Morelia, Michoacán, México.


Roberto García Acevedo. Ingeniero Civil egresado de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo en 1996. Curso la Maestría en Ciencias con Especialidad en Ingeniería Ambiental en 2001 en el Instituto Politécnico Nacional. Es técnico académico del laboratorio de Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la Facultad de Ingeniería Civil, U.M.S.N.H.

Dirección del autor: edif. ‘PIC’ PB, C.U. Morelia, Michoacán, México.


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