DETERMINACION DE DUREZA EN UN AGUA

Oscar A. Acosta 1238385oskitar0123@hotmail.com

Verónica Mejía 1137396 yito_meg@hotmail.com

Facultad de Salud. Escuela de Bacteriología y Laboratorio Clínico. Laboratorio de Química Analítica.

Universidad del Valle, Cali, Colombia.

RESUMEN: La determinación de la dureza del agua se obtuvo mediante una titulación Complexométrica, se midió el volumen de solución estándar necesaria para formar un complejo con un catión metálico del compuesto que se analiza, en este caso Ca+2

y Mg+2. La solución pasa por procesos de acidificación y neutralización de medio, así como la ebullición, para eliminar teóricamente los elementos que no se quiere que entren a reaccionar con el EDTA, además fue llevada a un pH 10 al agregársele la solución tampón de NH4OH. NH4Cl.Se determinó la dureza en agua de grifo, titulando con una solución de EDTA previamente estandarizada, solución a la cual se le agregó el indicador NET (negro de eriocromo), para identificar el punto de viraje, este indicador tiene iones metálicos que reaccionan con el Mg, cambiando de azul a violeta, se obtuvo una dureza total de 160.6mgCaCO3/L . Posteriormente se agregó a una alícuota de la muestra (llevada a pH 10 con ayuda de amoniaco) NaOH 2M e indicador murexida, se tituló con EDTA y se obtuvo que la dureza debida al Ca es de 154mgCaCO3/L, restando estas dos concentraciones se encontró que la dureza debida al Mg es 6.4mgCaCO3 /L.

Palabras Clave:Complejos, Ligandos, Quelatos, Dureza del agua.____________________________________________________________________________________________________

DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

Tabla N°1.Corresponde a los volúmenes gastados de EDTA.SOLUCION VOLUMEN

GASTADO(mL)Estandarización 4.6Dureza total 7.3Dureza Calcio 7.0

Concentración del CaCO3:

CaCO3 (pesado)= 0,125g

0.125g x 1molCaC O3

100gCaC O3

x 10.1L

= 0.012M

Concentración del EDTA:

0.012molesCaC O3

1000mL x 10mLx

1molEDTA1molCaC O3

x

10.0055 L

= 0.022M

Dureza Total:

7.3mL x 0.022molesEDTA

1000mL x1molCa C O3

1molEDTA x

100gCaC O3

1molCaC O3 x 1000mg1 g

x 10.1L

=

160.6mgL

CaCO3

Dureza debida al Calcio:

7mL x 0.022molesEDTA

1000mL x 1molCaC O3

1molEDTA x

100gCaC O3

1molCaC O3 x 1000mg1 g

x 10.1L

=

154mgL

CaCO3

Dureza debida al Magnesio:

Dureza total = dureza Ca2+ + Dureza Mg2+

Por lo tanto:

dureza Mg2+¿=(160.6−154 ) mg CaCO3

Lsln muestra¿

¿6 .6 mgL

CaCO3

ANALISIS Y DISCUSION 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 100mL, 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 100mL, 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°2.Interpretación de dureza DUREZA COMO CaCO3Mg/L -ppm

INTERPRETACION

0-75 agua suave75-150 agua poco dura150-300 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.

En la estandarización del EDTA se utiliza NaOH para cambiar el PH de la solución a 12, ya que se puede

determinar calcio en forma directa, añadiendo NaOH para elevar el pH de la muestra entre 12 y 13 unidades, para que el magnesio precipite como hidróxido y no interfiera, se usa además, un indicador que se combine solamente con el calcio. De esta manera en el análisis de calcio la muestra es tratada con NaOH 2,0M. Para obtener un pH de entre 12 y 13, lo que produce la precipitación del magnesio en forma de Mg(OH)2. Enseguida se agrega el indicador murexida que forma un complejo de color rosa con el ion calcio y se procede a titular con solución de EDTA hasta la aparición de un complejo color púrpura:

Ca+2 + Mg+2 + NaOH Mg(OH)2 + Ca+2

Ca+2 + Murexida [Murexida-Ca+2] Color rosa

[Murexida - Ca+2] + EDTA EDTA-Ca+2] + Murexida

Púrpura

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.

PREGUNTAS:

¿Qué es un indicador metalocrómico?

Un indicador metalocrómico es un colorante orgánico utilizado en las valoraciones de acomplejacion para determinar o establecer el punto final de ese tipo de reacciones (titulaciones de iones metálicos con EDTA), su color cambia cuando se une a un ion metálico. Debido a que ese indicador puede ser una base o un ácido se caracteriza por formar complejos estables con cationes como el calcio y el magnesio de distinto color que presenta el indicador libre9.

¿Cuál es la estructura del complejo Mg-AEDT?

La estructura es la siguiente donde se observa como el EDTA envuelve o captura al catión metálico.

Esta es la estructura de un complejo de EDTA con un metal, el espacio ocupado por la letra M es ocupado por el metal Mg. En esta estructura el EDTA ocupa los seis centros de coordinación situados alrededor del ion metálico magnesio.

Imagen 1. Skoog West Holler Crouch, Fundamentos de Química analítica, editorial Thomson, 8a edición, año 2005, página 469.

¿Por qué se adiciona MgCl2.6H2O en la preparación de EDTA?

Los indicadores para el ion calcio en general son menos satisfactorios que los para el ion magnesio, por tanto, a la solución de EDTA con la que se va a titular el calcio, se le debe añadir un poco de cloruro de magnesio.

El cloruro de magnesio se agrega a la solución de EDTA para mejorar el viraje del indicador Negro de Eriocromo T. Los iones Ca+2 desplazan su equivalente de iones magnesio en este complejo coloreado con NET que es suficientemente estable para resistir hasta el punto de equivalencia de la titulación.

En las primeras etapas de la titulación, los iones calcio desplazan a los iones magnesio de complejados con EDTA, que al quedar libres pueden combinarse con el negro de eriocromo y la solución se torna de color un poco. Cuando los iones calcio se han complejado totalmente, los iones magnesio liberados vuelven a combinarse con el EDTA hasta que se observa el punto final, por lo que es

necesario que se valore la solución de EDTA contra un patrón primario de carbonato de calcio.

CONCLUSIONES

La determinación de la dureza total del agua, es la suma de la dureza de todos los iones metálicos que contenga la muestra.

La determinación de calcio total incluye también la cantidad de magnesio que se forma por ser menos estable que todos los cationes multivalentes en el cual se puede determinar con sustracción de la dureza del calcio a la dureza total del agua.

Al titular una muestra donde no se conoce las especies iónicas que existen en la muestra, se debe establecer el pH en un punto específico con una solución reguladora, para que no interfieran iones diferentes a los del estudio al titular con EDTA.

Se debió utilizar un procedimiento alternativo para la titulación con EDTA de las muestras debido a que no se logró el pH adecuado para realizar estas acomplejaciones.

Durante el proceso de valoración con EDTA, el uso del indicador adecuado, es determinante para llegar al punto final de la valoración. Es necesario tener en cuenta que la mayoría de los indicadores metalocromicos también son indicadores ácido-base, por lo que es necesario medir el pH al cual transcurre la reacción.

La solución tampón actúa como agente complejate auxiliar impidiendo la precipitación de los hidróxidos metálicos, al complejar los iones metálicos hasta que se le agrega EDTA a la solución.

La dureza determinada se encuentra en el nivel de aguas duras, las cuales tienen claras ventajas y desventajas.

La determinación de la dureza es una prueba analí-tica que proporciona una medida de la calidad del agua potable para uso doméstico e industrial.

BIBLIOGRAFIA

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

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

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

http://www1.uprh.edu/royola/Exp_Tit_EDTA_Ver_Corta.pdf . Marzo 29 de 2013. Harris d química analítica. 2ª ed. Editorial reverte S.A España; 2001, pág. 122,123, 280

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

http://arturobola.tripod.com/dureza.html.Marzo 29 de 2013.

http://www.oocities.org/edrochac/residuales/dureza.pdf. Marzo 29 de 2013.