DETERMINACIN DE LA DURERZA TOTAL DE UNA MUESTRA PROBLEMA DE AGUA MEDIANTE EL MTODO DE VALORACIN CON EDTAYetsirah ContrerasProfesora: Liliana Kurz Preparadora: Silvia MuozLaboratorio de Qumica Analtica, seccin 66Escuela de Qumica, Facultad de IngenieraUniversidad de CaraboboValencia, 28 de enero del 2015

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar la Dureza en muestras problema de Agua, utilizando el mtodo Titulomtrico con EDTA, expresasa en ppm de CaCo3 OBJETIVOS ESPECFICOS Realizar la estandarizacin del EDTA con la solucin patrn primario de carbonato de calcio CaCO3 Preparar una solucin de 100 mL de CaCO3 de concentracin 0.01 M. Preparar una solucin de 250 ml de EDTA para utilizar como titulante.

REVISIN BIBLIOGRFICA

Se denomina dureza del agua a la concentracin de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio. Son stas las causantes de la dureza del agua, y el grado de dureza es directamente proporcional a la concentracin de sales alcalinas.(1)Se calcula, genricamente, a partir de la suma de las concentraciones de calcio y magnesio existentes (miligramos) por cada litro de agua; que puede ser expresado en concentraciones de CaCO3. (1)La dureza se expresa segn la concentracin de calcio que es equivalente a la concentracin total de todos los cationes multivalentes en una muestra. Esta se produce sobre todo para las sales de calcio y magnesio, y en menor proporcin por el hierro, aluminio y otros metales. (1) Clases de dureza

Dureza temporal: es aquella que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio, esta puede eliminarse por ebullicin, ya que el carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente, asi que al hervir, este precipitar en forma de bicarbonato de calcio, dejando menos dura el agua.(1) Dureza permanente o residual: es causada por la presencia de sulfato de calcio y magnesio o cloruros en el agua, que son mas solubles mientras sube la temperatura, por lo cual no puede ser eliminado al hervir el agua. Pero puede ser eliminado usando el mtodo SODA (carbonato de sodio).(1) Dureza total: es el contenido de iones de Ca2+ y Mg2+ en una muestra se conoce como dureza total. (1)

Por lo tanto se puede clasificar el tipo de agua segn el valor de su dureza:Dureza como CaCO3 Interpretacin 0-75 Agua suave 75-150 Agua semi-dura150-300 Agua dura > 300 Agua muy dura

Para la obtencin de dureza total del agua, se pude utilizar como solucin estndar EDTA, la cual es el titulante. (2)

El EDTA (cido etilendiainotetractico) es un ligando hexadentado potencial que se puede coordinar con in metlico mediante sus dos hidrgenos y sus cuatro grupos carboxilos , el cual tiene la siguiente estructura:

HOOC CH2 CH2 COON

N CH2 CH2 N

HOOC CH2 CH2 COON

El EDTA es ms empleado de los compuestos como titulante por la facilidad de disolucin en agua; la solucin se prepara por el mtodo directo dado el carcter de reactivo tipo primario de la sal disodica. (2)

Ya que el EDTA contiene cuatro hidrgenos cidos;Por esa razn se representa tambin como H4Y. El EDTA forma complejosEstables con la mayora de los cationes y entra siempre en relacin molar 1:1 enla frmula del complejo, independiente de la carga del catin,(2)

Debido a que estos complejos metlicos son incoloros, debe de utilizarseun indicador de color para detectar en forma visual el punto final de la Titulacin.(2)

Para determinar el punto final de la titulacin se emplean indicadores llamados metalocrmicos ( compuestos orgnicos los cuales son colorantes que forman quelatos con los iones metlicos). (2)

Estos tienen la propiedad de formar complejos con los cationes como Ca+2 y el Mg+2 de distinto color al que presenta el indicador libre. La mayora de estos funcionan como indicadores acido-base y solo son tiles en el intervalo de pH donde la competencia con el protn no enmascara la reaccin del catin con el analito.Uno de los indicadores ampliamente utilizados es el negro de eritocromo T cuyo equilibrio cido-base predominante en solucin moderadamente cida o alcalina es: (2)

H2In- + H2O Hin2- + H3O+ rojo azul

La solucin que se va a titular, se amortigua con una mezcla de amoniaco y cloruro de amonio para mantener estable elpH =10la disolucinfrente a la adicin de cantidades relativamente pequeas de cidos o bases fuertes ya que los cationes Ca2+y Mg2+tienden a precipitar como hidrxidos a ph bsicos. As, el hidrxido de calcio empieza a precipitar a un pH superior a 12 cuando la concentracin del catin es 0,01 M, mientras que el Mg2+precipita como hidrxido a un pH superior a 10 cuando la concentracin del catin es 0,01M , posteriormente(4)

Al adicionar el negro de eriocromo T (NET) a la muestra de agua se forman complejos de color rojo, de los cuales el ms establees el de Mg.(3)

Al valorar con EDTA (H2Y-), el agente acomplejante destruye en primer lugar el complejo de Ca:

Una vez destruido el complejo de Ca, la adicin de ms EDTADestruye el complejo de Mg(3)

Gracias a la formacin de un complejo rojo con el Mg+2 por la utilizacin de este indicador el punto final de la titulacin es muy marcado ya que Cuando el indicador queda libre, la disolucin adquiere su color caracterstico al pH de trabajo, azul.(3,4)

En la determinacin de Dureza con EDTA debe de tenerse en cuenta que: Existen varios equilibrios competitivos Debe de asegurarse la estabilidad del Complejo Evitar la precipitacin de los iones metlicos Los Complejos son incoloros y por tanto se requiere el uso deun indicador de color para la deteccin del punto final de laTitulacin Interfieren iones metlicos diferentes de Ca+2 yMg+2 (errores de apreciacin visual y/o errorespositivos). Estas se eliminan adicionando NaCNslido en pequeas cantidades (5)

Una de las aplicaciones ms importante de la determinacin de la dureza del agua radica en el tratamiento de aguas utilizadas para la alimentacin de las calderas ya que esta es impura y contiene minerales en solucin o en suspensin. Es necesario exagerar la importancia que tiene el correcto mantenimiento del agua de alimentacin, tanto para ahorrar costosas reparaciones como para la vida til y/o seguridad de estos valiosos equipos y vidas humanas.(6)Otra de las aplicaciones del anlisis de la dureza del agua es en la industria de bebidas, lavandera, fabricacin de detergentes, acabados metlicos, teido y textiles. Adems en el agua potable, agua para calderas.(6)

MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS

Materiales

1 Baln aforado (100 mL)1 Baln aforado (250 mL)1 Pipeta Volumtrica (10 mL)1 Pipeta Volumtrica (25 mL)1 Bureta (50 mL)1 gotero1 Piseta1 cinta de papel pH1 Agitador1 Embudo2 BeakerSoporte universal3 fiolas de 100mL1 propipetaEquipos

1 Balanza Digital

Reactivos

Hidrxido de amonio ( NH4OH)Solucin de cido Etilen-diamin-tetra-actico (EDTA)Negro eriocromo T (indicador)cido Clorhdrico (HCl) 6MSolucin patrn primario de CaCO3 0,01MBuffer o solucin amortiguadora a pH 10(cloruro de amonio con hidrxido de amonio)

METODOLOGA

1. Revisar y verificar que todos los materiales y equipos a utilizar estn completos y se encuentren en buenas condiciones. 2. Lavar con agua y jabn todos los materiales a utilizar y enjuagarlos con agua destilada al menos dos veces3. Colocar un beaker o una pieza de papel sobre la balanza digital y pulsar el botn TARE4. Aadir cuidadosamente pequeas cantidades de muestra hasta que tengas el peso deseado .Aproximadamente (0,10,1)g . Anotar peso indicado por a la balanza5. Colocar la cantidad pesada en el paso anterior en un beaker, disolver con agua y agregar unas gotas de HCl 6M.6. Llevar este a baln aforado de (1000.08)ml para preparar la solucin patrn7. Aadir agua destilada al baln aforado hasta la mitad de su capacidad.8. Seguir aadiendo agua destilada, mezclando continuamente con movimiento rotatorio, hasta las cercanas del aforo.9. Tapar el baln e invertirlo 3 veces sostenindolo por el cuello con los dedos pulgar y anular, manteniendo el tapn en su sitio con los dedos ndice y medio.10. Agregar agua destilada gota a gota con ayuda de la piseta hasta enrasar11. Tomar un volumen de (25,00,03)mL EDTA con una pipeta volumtrica de dicha capacidad , llevar a (2500,12) mL en un baln aforado y realizar los pasos 6 y 7.12. Agregar agua destilada gota a gota con ayuda de la piseta hasta enrasar13. Tapar el baln e invertirlo 3 veces sostenindolo por el cuello con los dedos pulgar y anular, manteniendo el tapn en su sitio con los dedos ndice y medio.

14. Anadir 2 o 5 ml de EDTA a una bureta por la parte supeior, rotar en forma horizontal para humedecer las paredes de la bureta y abrir la llave para drenar la solucin.15. Repetir el paso anterior 2 veces.16. Colocar la bureta en el soporte universal, verificar que la llave este cerrada y llenar la bureta por la parte supeior hasta que el nivel del liquido sobrepase el aforo (cero), utilizar un embudo para este procedimiento.17. Abrir y cerrar la llave de la bureta, para llenar la punta y eliminar posibles burbujas.

18. Tomar una fiola y agregar una alcuota de (100.02 ) ml de la solucin patrn de CaCO3 medida con una pipeta de dicha capacidad. 19. Aadir 2ml del buffer y medir el pH de la solucin para verificar que sea 10, de lo contrario se debe aadir unas gotas ms de NH4OH (medir nuevamente el pH hasta obtener el valor indicado). 20. Agregar 2 o 3 gotas del indicador negro de eriocromo T (NET)21. Ajustar la altura de la bureta para poder introducir la punta de esta dentro de la fiola .22. Gota a gota dejar drenar el EDTA en la fiola al controlar la velocidad de drenaje mediante la llave (mano izquierda) y agitar simultneamente la fiola (mano derecha).23. Dejar escurrir las gotas que hubieran salpicado las paredes de la fiola antes de continuar titulando. Si es necesario, aadir con la piseta un poco de agua destilada para que esas gotas desciendan a la solucin24. Reducir la velocidad con que se deja caer la solucin titulante a medida que progrese la titulacin ya que se est en las cercanas del punto final.25. Al observar el viraje de rojo a azul, medir el volumen total utilizado de EDTA y cerrar la llave de la bureta.26. Repetir dos veces los pasos del 15 al 22.27. Llenar nuevamente la bureta con EDTA, para realizar posteriores titulaciones.28. Medir un alcuota (10 0,02) ml con una pipeta de dicha capacidad, la solucin problema y traspasar a una fiola. 29. Aadir 2ml del buffer y medir el pH de la solucin para verificar que sea 10 30. Agregar 2 o 3 gotas del indicador negro de eriocromo T (NET)31. Titular con la solucin de EDTA , realizar los pasos 18 al 2232. Repetir dos veces los pasos del 25 al 28.33. Repetir dos veces ms los pasos 10 al 15.34. Lavar con agua y jabn los materiales utilizados. 35. Dejar limpio, seco y ordenado el lugar de trabajo.

TABLA DE DATOS

TABLA 1. NUMERO DE LA MUESTRA PROBLEMA

Muestra

TABLA 2. MASA DE LA SOLUCIN PATRN (CaCO3).Masa de CaCO3 (m 0.0001 ) g

TABLA 3. VOLUMEN AGREGADO DE EDTA A solucin patrn de CARBONATO DE CALCIO PARA SU ESTANDARIZACIN

Volumen de EDTA( VEDTA 0.05 )mLConcentracin de EDTA( CEDTA )M

TABLA 4.VOLUMEN AGREGADO DE EDTA PARA LA TITULACIN DE UNA MUESTRA PROBLEMAVolumen de EDTA( VEDTA 0.05 )mLConcentracion de solucin problema( CSP )M

TABLA DE RESULTADOS

TABLA 5. CONCENTRACIN DE LA SOLUCIN PATRN

Molaridad de la solucin de Patrn(MSP )M

TABLA 6. CONCENTRACIN DE LA SOLUCIN DE EDTA

Molaridad de la solucin de EDTA (MEDTA )M

TABLA 7. DUREZA TOTAL DE LA MUESTRA PROBLEMA

Concentracin de CaCO3 en la Muestra Problema ( DT )ppm

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ECUACIONES Y CLCULOS TPICOS

1. Clculo de los gramos de Carbonato de Calcio ( CaCO3 ) necesaria para preparar 100 mL de una solucin 0,01 M.

gCaCO3 = MSOL*VSOL*PM (I)gCaCO3: masa de CaCO3 (g)MSOL : concentracin molar de la solucin de CaCO3 (gmol/L)VSOL : volumen de la solucin de CaCO3 (L)

PM: peso molecular del CaCO3 (g/gmol)

Sabiendo que el peso molecular para el CaCO3 (PM=100.09 g/gmol), se sustituye en la ecuacin (I), obtenindose el siguiente resultado:

gCaCO3 = (0.01)(0.1)(100.09) = 0.10009 g

Calculo del Error de masa del CaCo3

(II)

: Error de la concentracin de la solucin patrn de CaCO3 (mol/L).

: Error de la masa de la solucin patrn de CaCO3 (g).

: Error del peso molecular del CaCO3 (g/gmol).

: Error asociado al volumen de CaCO3 (mL).

PM: peso molecular del CaCO3 (g/gmol)

: concentracin molar de la solucin de CaCO3 (gmol/L)

: volumen de la solucin de CaCO3 (mL)

Finalmente:

gCaCO3= (0,1 0,1) g

2. Clculo de la molaridad de la solucin patrn de CaCO3

(III)

: Molaridad del patrn primario de CaCO3 (moles/L)

gCaCO3: masa de CaCO3 (g)

PM: peso molecular del CaCO3 (g/gmol)

: volumen de la solucin de CaCO3 (L)

Con los gramos pesados de CaCO3 haciendo uso de la balanza digital y aplicando la ecuacin (III) se determina el valor experimental de molaridad de la solucin patrn primario, el cual El resultado permitir obtener el clculo de la concentracin de EDTA.

El error asociado con dicha medicin se muestra a continuacin.

Clculo del error

Ecuacin a utilizar:

(IV)

: Error de la concentracin de la solucin patrn de CaCO3 (mol/L).

: Error de la masa de CaCO3 (g).

: Error del peso molecular del CaCO3 (g/gmol).

: Error asociado al volumen de CaCO3 (mL).

PM: peso molecular del CaCO3 (g/gmol)

: concentracin molar de la solucin de CaCO3 (gmol/L)

: volumen de la solucin de CaCO3 (mL)

3. Clculo de la molaridad de EDTA

(V)

VEDTA : Volumen de EDTA (L).

: Concentracin de EDTA (mol/L).

: Alcuota de solucin problema de CaCO3 (L).

De acuerdo a los datos experimentales mostrados en la tabla 3 y aplicando la ecuacin (V) se obtiene la molaridad del EDTA para cada titulacin.

Seguidamente, se procede a obtener el mejor valor de la serie de datos para MEDTA, haciendo uso del concepto de valor promedio o media, mediante la ecuacin (VI):

(VI)

Donde:

: Concentracin promedio de EDTA (mol/L).

Clculo del error.

Ecuacin a utilizar:

(VII)

Donde:

: Desviacin media para la concentracin de EDTA (mol/L).

4. Clculo de la dureza total de la muestra problema.

Calculo de concentracin de cada una de las alcuotas de mustra problema tituladas:

(VIII)

: Concentracin de CaCO3 de la muestra problema (mol/L)

: Alcuota utilizada de solucin problema de CaCO3 (mL).

: Volumen de EDTA consumido en la titulacin con la muestra problema (mL).

Determina la dureza total de la muestra problema para cada molaridad obtenida de la estandarizacin de dicha muestra con la siguiente ecuacin:

1000 (IX)

: Concentracin de CaCO3 de la muestra problema (mol/L)

PM: peso molecular del CaCO3 (g/gmol)Dt: dureza total (ppm de CaCO3)Posteriormente, se obtiene el valor promedio de la serie de datos para el clculo de la dureza total de la muestra problema mediante la ecuacin :

(X)

Dtp: dureza total promedio (ppm de CaCO3)

Clculo del error.

(XI)

: Desviacin media para la dureza total del agua (ppm de CaCO3)

RUTAS DE CLCULO

AQU VAN LOS DIAGRAMASS

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] (2010) Slideshare (Documento en lnea ) diponible en Consultado el 24/01/215

2] (2006) Edutecne (Documento en lnea ) diponible enConsultado el 24/01/215

[3] (2009) pendientedemigracion (Documento en lnea ) diponible en

Consultado el 24/01/215

[4] (2003) Escritos cientificos (Documento en lnea ) diponible en

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[5] (2011) Bvs.per (Documento en lnea ) diponible en

< http://bvs.per.paho.org/texcom/cd048437/electrod.pdf > Consultado el 24/01/215

[6] (2008) Arturobola (Documento en lnea ) diponible en Consultado el 24/01/215