CARACTERÍSTICAS FISICAS Y QUÍMICAS FUNDAMENTALES DEL AGUA

Laura P. Guerrero1 y María P. Herrera2

RESUMEN

En esta práctica de laboratorio se quiso tener una visión más amplia y un

mayor conocimiento sobre las propiedades fisicoquímicas del agua,

desarrollando una cierta cantidad de métodos muy específicos para la

respectiva obtención de los datos, los cuales, acompañados por la literatura,

nos ayudarían a tener un panorama más amplio del tema.

Se pudo observar durante la práctica resultados bastante ideales por el tipo de

agua recolectada, debido a que es un agua muy pura donde se observa, la

mano del hombre no ha llegado en su totalidad, aún.

De igual manera por los diferentes procedimientos realizados a la muestra

como filtración, calentamiento y posterior ebullición con mechero, desecado,

tiempo en estufa y tiempo en mufla, fueron realizadas con éxito las diferentes

tomas de datos en cuanto a sólidos, como los son los volátiles, fijos,

sedimentados, totales, suspendidos totales y disueltos totales. Además de eso,

la determinación de datos de alcalinidad (pH), conductividad eléctrica, dureza,

color y olor por medio del método sensorial, turbidez, entre otras.

PALABRAS CLAVE: Agua, disolvente, solución, propiedades, métodos.

INTRODUCCION:

El agua es uno de los recursos del cual depende nuestra vida, es catalogada

como el disolvente universal y además se enriquece con las sustancias

inorgánicas que encuentra al atravesar los sustratos de la tierra. El agua es una

disolución ya que lleva disuelta gran cantidad de sales y gases, es una

1 Facultad de Ingeniería. Departamento de Química. Fundación Universidad de América. Bogotá D.C., Colombia. Correo electrónico: laura.guerrero@estudiantes.uamerica.edu.co2 Facultad de Ingeniería. Departamento de Química. Fundación Universidad de América. Bogotá D.C., Colombia. Correo electrónico: maria.herrera@estudiantes.uamerica.edu.co

suspensión porque en ella se encuentran suspendidos materiales que se

pueden sedimentar por reposo y es una dispersión porque muchos de sus

componentes se encuentran en estado coloidal.[1]

El agua tiene distintas propiedades tanto físicas como químicas.

En cuanto a sus propiedades físicas podemos decir que se puede decir que el

agua es un líquido inodoro e insípido. Tiene un cierto color azul cuando se

concentra en grandes masas. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio),

el punto de fusión del agua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC,

se expande al congelarse, es decir aumenta de volumen, de ahí que la

densidad del hielo sea menor que la del agua y por ello el hielo flota en el agua

líquida. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4ºC,que es

de 1g/cc. [2]

Su capacidad calorífica es superior a la de cualquier otro líquido o sólido,

siendo su calor específico de 1 cal/g, esto significa que una masa de agua

puede absorber o desprender grandes cantidades de calor, sin experimentar

apenas cambios de temperatura, lo que tiene gran influencia en el clima (las

grandes masas de agua de los océanos tardan más tiempo en calentarse y

enfriarse que el suelo terrestre). Sus calores latentes de vaporización y de

fusión (540 y 80 cal/g, respectivamente) son también excepcionalmente

elevados.

Con esto se puede decir que el agua según sus parámetros físicos se puede

clasificar según su olor, su color, su temperatura, solidos totales, solidos totales

fijos, solidos totales volátiles, solidos disueltos totales, solidos suspendidos

totales, turbidez, solidos sedimentables y su conductividad eléctrica.

En cuanto a sus propiedades químicas, el agua es el compuesto químico más

familiar para nosotros, el más abundante y el de mayor significación para

nuestra vida. Su excepcional importancia, desde el punto de vista químico,

reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que ocurren en la

naturaleza, no solo en organismos vivos, sino también en la superficie no

organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en el laboratorio y en

la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua, esto es en

1

disolución. No posee propiedades ácidas ni básicas, combina con ciertas sales

para formar hidratos, reacciona con los óxidos de metales formando ácidos y

actúa como catalizador en muchas reacciones químicas. [3]

En cuanto a su clasificación química se encuentra el pH, la alcalinidad, la

acidez y la dureza total.

MATERIALES Y METODOS:

Reactivos:

Fenolftaleína en etanol 0.1%

Naranja de metilo 0.1%

Negro de Eriocromo T

(NH4)2CO3 5%

NaOH 0.02 N

Na2EDTA 0.05 N

NaOH 4.0 n

K2CrO4 5 %

AgNO3 0.05 N

Equipos:

Para llevar a cabo el proceso se empleó: Una mufla termolyne 4800, un pH -

metro marca Schott, un turbidímetro marca Turbiquant 1100 IR, un pH – metro

Oakton waterproof, una balanza analítica Precisa XT 120 A y estufa Binder.

PROCEDIMIENTO:

Se toma una muestra de 3 L de agua. En este caso fue recolectada de la

quebrada arzobispo ubicada en la calle 39 con avenida circunvalar, en los

cerros orientales de Bogotá.

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Para solidos totales, volátiles y fijos:

Colocar la cápsula en una mufla a 550 ± 50 ºC durante 1 hora, se deja enfriar

en desecador por 15 minutos y pesar en balanza analítica. Medir 100 mL de

agua homogeneizada con una probeta de 100 mL.

Verter el volumen medido una de las cápsulas preparadas y evaporar en

plancha de calentamiento. Evitar pérdidas de la muestra por ebullición. Secar el

residuo en estufa a 103-105 ºC durante 1 hora. Enfriar en desecador y pesar.

Repetir el ciclo de secado, enfriado en desecador y pesado hasta que se

obtenga peso constante o que la pérdida de peso sea menor al 4 % que el

peso previo o menos de 0.5 mg.

Calcinar la muestra en mufla a 550 ± 50 ºC durante 1 hora. Enfriar en

desecador y pesar. Repetir el ciclo de secado, enfriado en desecador y pesado

hasta que se obtenga peso constante o que la pérdida de peso sea menor al 4

% que el peso previo o menos de 0.5 mg (el que sea menor).

Para solidos suspendidos totales y disueltos totales:

Colocar el filtro en el embudo de filtración.

Aplicar vacío y enjuagar con tres porciones de 20 mL de agua destilada.

Continuar la succión hasta eliminar totalmente el agua. Secar en estufa a 103-

105 ºC por 1 hora en un soporte de porcelana o similar. Enfriar en desecador y

pesar.

3

Repetir el ciclo de secado, enfriado y pesado hasta peso constante. Identificar y

pesar el filtro sin marcarlo con lápiz o Sharpie. Colocar el filtro en el embudo de

filtración, mojar el filtro con una pequeña cantidad de agua destilada. Medir 100

mL de agua homogeneizada con una probeta de 100 mL.

Verter el volumen medido en el embudo de filtración y comenzar la succión.

Lavar 3 veces sucesivas con 10 mL de agua destilada cada vez, permitiendo

un completo drenaje en los lavados. Continuar la succión por 3 minutos hasta

que la filtración sea completa.

Remover el filtro y colocarlo sobre un soporte de porcelana. Secar por 1 hora a

103-105 ºC en estufa, enfriar en desecador hasta temperatura ambiente y

pesar.

I. Repetir el ciclo de secado, enfriado, y pesado hasta peso constante o hasta

que la pérdida de peso sea menor que el 4% del peso previo o 0.5 mg.

Para solidos sedimentables:

Acoplar verticalmente el cono Imhoff (limpio y purgado con la muestra) a un aro

con nuez y sujetar en soporte universal. Verter en el cono Imhoff, 1000 mL de

muestra perfectamente homogenizada, a los 45 minutos, agite vigorosamente

el contenido del cono con varilla de vidrio para desprender las partículas

adheridas.

Dejar sedimentar 15 minutos más y leer el volumen del sedimento en la escala,

a los 60 minutos de iniciado el ensayo.

Otras pruebas:

Se debe analizar el color y el olor de la muestra por método sensorial; la

turbidez por el método nefelómetro, es decir en el turbidimetro realizando la

respectiva calibración de este; la conductividad eléctrica, por el método

conductimétrico, es decir el conductímetro, lavando las celadas con agua

desionizada pero sin secar las placas metálicas; pH por método electrométrico,

es decir en el pH-metro y por último la dureza total, agregando buffer y el

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indicador negro de Eriocromo T, homogenizando y titulando hasta el cambio de

rojo vino a azul.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN:

Luego de la respectiva recolección de datos, se hace necesario y relevante,

una presentación de los mismos para así explicar los resultados obtenidos.

SÓLIDOS TOTALES, VOLÁTILES Y FIJOS:

Tabla 1. Resultados de la determinación de ST, STV y STF.

Magnitud Simbología Valor

Masa cápsula preparada (mg) m1 77675,6

Masa cápsula más el residuo a 103-105 ºC (mg) m2 77681,6

Masa cápsula más el residuo a 550ºC (mg) m3 77675,9

Volumen de muestra (mL) V 100

Cálculos:

ST (mgL )= (m2−m1 )∗1000

V→

(77681,6mg−77675,6mg )∗10000,1 L

= 60000 (mgL )STF(mgL )= (m3−m1 )∗1000

V→

(77675,9mg−77675,6mg )∗10000,1L

= 3000 (mgL )STV (mgL )=ST−STF→60000 (mgL )−3000(mgL )=57000 (mgL )

SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES Y DISUELTOS TOTALES:

Tabla 2. Resultados de la determinación de SST y SDT.

Magnitud Simbología Valor

Masa del filtro preparado (mg) m1 1197,0

Masa del filtro más el residuo a 103 – 105

ºC (mg)

m2 1199,4

Volumen de muestra (mL) V 100

Cálculos:

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SST (mgL )= (m2−m1 )∗1000

V→

(1199,4mg−1197,0mg )∗10000,1 L

=24000(mgL )SDT (mgL )=ST−SST→ 60000 (mgL )−24000(mgL )=36000(mgL )

Sólidos sedimentables:

No se observó presencia de sólidos sedimentables durante el proceso, por lo

tanto:

SS( mLL∗h )= 0

Color aparente y olor (Método sensorial):

El color puede producirse por dos causas:

Causas internas: por materiales en suspensión o colorantes.

Causas externas: por la capacidad que tiene el agua de absorber ciertas

radiaciones del espectro visible.

A su vez el color puede dividirse en color aparente, que es el producido por la

materia suspendida y disuelta y el color verdadero, que es el color que queda

en el agua residual una vez eliminados los sólidos en suspensión, siendo este

último que se mide en esta determinación.[4] Los datos obtenidos fueron:

Color aparente = Incoloro

Olor = Inodoro

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Turbidez (Método nefelométrico):

Según la OMS (Organización Mundial para la Salud), la turbidez del agua para

consumo humano no debe superar en ningún caso las 5 NTU, y estará

idealmente por debajo de 1 NTU.

Turbidez (NTU)= 1,43

Dado el anterior rango se puede establecer que el agua tomada como muestra

para la práctica no se encuentra en el rango “ideal”, pero es totalmente apta

para consumo humano, a pesar de ser agua de un rio en cercanías al casco

urbano. [5]

Conductividad eléctrica:

Al ser la capacidad que posee una solución acuosa de conducir corriente

eléctrica a 25ºC. La clasificación del agua según la conductividad eléctrica se

encuentra en la tabla 7.

Tabla 3. Clasificación del agua según la conductividad eléctrica.

Conductividad eléctrica (µS/cm) Tipo de agua

0,00 – 0,04 Pura

0,5 – 5,0 Destilada

5,1 – 50,0 De lluvia

50,1 – 2500,0 Potable

2500,1 – 20000,0 Salobre

20000,1 – 55000,0 De mar

Mayor a 55000,1 Salmuera

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La conductividad eléctrica (µS/cm) obtenida de la muestra recolectada para la

práctica es de 50,6 a 25ºC, lo que muestra que ésta es agua potable, apta para

el consumo humano.[6]

pH (método electrométrico):

En aguas naturales y residuales el valor del pH define si las condiciones de

esta son ácidas o básicas.

Un pH menor de 7.0 indica acidez en el agua, cuanto menor sea el valor del pH

mayor es la concentración de iones hidrogeno y mayor es la acidez. Por

encima de un pH de 7.0 se tienen condiciones básicas en el agua. La

concentración de iones hidrogeno es baja y se dice que el agua es alcalina.

Cuando el pH es de 7.0 se dice que el pH es neutro y el agua no tiene

características ácidas ni alcalinas. [7]

En las aguas naturales y residuales el valor del pH está en el rango de 6.0 a

8.0 unidades de pH, y estos valores son los más adecuados para la actividad

biológica de los ecosistemas [7], tal como se presentó en la muestra de

referencia utilizada para la práctica de laboratorio.

pH = 7.00

Dureza total (método titulométrico):

Tabla 4. Resultados de la determinación de dureza total.

Magnitud Simbología Valor

Volumen de Na2EDTA gastados en el blanco (mL) V 1 0

Volumen de Na2EDTA gastados en la muestra (mL) V 2 1

Molaridad de Na2EDTA M 0,05

Volumen de la muestra (mL) V 3 100

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Dureza (mgCaCO3L )= (V 2−V 1 )∗M∗100000

V 3

→

(0 ,001 L−0 L )∗(0,05M )∗1000000,1 L

=50 (mgCaCO3L )

Tabla 5. Tabla de datos resumida.

Parámetro Resultado Tipo de agua

Color aparente Incoloro Dulce y fresca

Olor Inodoro Dulce y fresca

Sólidos totales, ST (ppm) 60000 Pura

Sólidos Volátiles, STV (ppm) 57000 Pura

Sólidos Fijos, STF (ppm) 3000 Pura

Sólidos suspendidos totales, SST (ppm) 24000 Pura

Sólidos disueltos totales, SDT (ppm) 36000 Pura

Sólidos sedimentables, SS (mL/L.h) 0 Pura

Turbidez (NTU) 1,43 Potable

Conductividad eléctrica (µS/cm) 50,6 Potable

pH 7,00 Potable

Dureza total (ppm CaCO3 ¿ 50 Suave

Para realizar cada parámetro se requiere un muestreo diferente debido a que la

conservación de las muestras y su adecuada recolección puede tener o no

repercusiones en los resultados a obtener en la práctica. Por ejemplo, al

determinar la turbidez es recomendable realizar la prueba el mismo día, de lo

contrario almacenar en oscuridad por 24 horas, ya que esperar periodos de

tiempo más prolongados produce cambios irreversibles en la turbidez. En el

caso de la determinación del color, este proceso debe hacerse lo más rápido

posible ya que la actividad biológica puede cambiar las características del

color. [8]

Para el método gravimétrico, es necesario realizar el análisis lo más pronto

posible ya que las muestras no se pueden preservar. Si no es posible, es

9

necesario refrigerar para así, reducir al mínimo la descomposición microbiana.

Al recolectar las muestras en envases de vidrio o plástico, se impide que las

partículas se adhieran a la pared. Para la determinación de solidos

sedimentables, es aconsejable recolectar la muestra en envases de vidrio o

plástico para que las partículas no se adhieran a las paredes; y de igual

manera el análisis debe realizarse lo más pronto posible para evitar cambios

físicos y químicos por almacenamiento.

Si se quiere establecer el pH de la muestra de agua, es preferible realizar la

medición directamente del cuerpo de agua, ya que se estarían evitando

alteraciones durante el almacenamiento.

Como en cualquier proceso, siempre han de presentarse ciertas interferencias

que podrían o no afectar sustancialmente los resultados a obtener. En este

caso, la turbidez debe ser determinada en aguas libres de residuos y partículas

de rápida sedimentación. La presencia de burbujas de aire y las vibraciones

afectan los resultados. De igual manera si hay turbidez en el agua, sea en

pequeñas concentraciones, hace que el color aparente sea mayor que el color

verdadero.

Para determinar el color verdadero se debe eliminar la turbidez. Para la

determinación de los sólidos suspendidos se debe eliminar de la muestra las

partículas gruesas flotables o los aglomerados sumergibles de materiales no

homogéneos, pueden crear algún tipo de interferencia, pero es una decisión

libre, ya que puede ser útil en los resultados finales, dependiendo de lo que se

espere obtener.

En el caso del pH, la temperatura afecta esta medida pero en general, la

determinación con electrodos está libre de interferencias por color, turbidez,

etc.

La solución no se estandariza antes de, para eliminar la necesidad de hacer un

blanco de corrección, pero puede alterar los resultados ya que al no ser el

EDTA un patrón primario hay que determinar exactamente su concentración, lo

10

que se logra estandarizando la disolución con una disolución estándar de óxido

de zinc de concentración conocida. Puede representar un error ya que al no

establecer una concentración definida, los resultados pueden variar en cuanto

a los mililitros de esta disolución al realizar la titulación de la muestra utilizando

el indicador negro de eriocromo T. [8]

En cuanto a errores sistemáticos se pueden establecer varios como: la no

exactitud de la balanza analítica de precisión. Es tal su precisión que otros

objetos que se pudieran encontrar en cercanía podía alterar el dato arrojado

por la balanza. De igual manera a la hora de poner las capsulas ya sea dentro

de los desecadores como de la estufa, el constante abrir y cerrar pudo

ocasionar cierto margen de error en los datos obtenidos.

Los métodos utilizados en esta práctica para determinar las características

fisicoquímicas del agua, no solamente tienen esta aplicación. El método

gravimétrico es muy utilizado para la búsqueda de depósitos minerales. El

método sensorial se encuentra enfocado al análisis de alimentos,

especialmente vinos. El método nefelométrico es igualmente utilizado para la

determinación de sulfatos en aguas. El método conductimétrico tiene

aplicaciones mucho más limitadas para los procedimientos visuales,

potenciométricos y amperiométricos. El método electrométrico puede ser

utilizado para la determinación de oxígeno disuelto. El método titulométrico

también usado para analizar el nitrógeno. [8]

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CONCLUSIONES:

Se pudo determinar las diferentes propiedades del agua, según el tipo

de muestra recolectada.

Se cumplieron a cabalidad los objetivos propuestos para este

laboratorio.

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BIBLIOGRAFÍA:

[1] DOUGLAS, Bodie. Conceptos y modelos de la Química Industrial

Inorgánica. Segunda edición. Estereoquimica de los compuestos de

coordinacion. Numeros de coordinacion. Capitulo 8. Pag 294-309. Consultado

el domingo 17 de febrero de 2013.

[2] Clasificacion de los cationes. Liceo Domingo Matt. Consultado el domingo

17 de febrero de 2013 de, www.liceodmp.cl/index/cationes.php

[3] Explicaciones de las practicas, capitulo 3, pag. 56.

[4] Standard methods for the examination of water and waste water publicado

por la APHA, 1995. Método para Determinación del color del agua 2120-B.

[5] Ingeniería de tratamiento y acondicionamiento de agua. Parámetros y

características de las aguas naturales. Consultado el domingo 24 de febrero de

2013 de, www.oocities.org/edrochac/sanitaria/parametros1.pdf

[6]Water treatment solutions Lenntech. Consultado el domingo 24 de febrero de

2013 de, www.lenntech.es/turbidez.htm

[7]Instituto de investigación marina y costera. Manual de técnicas analíticas

para la determinación de parámetros fisicoquímicos del agua. Consultado el

domingo 24 de febrero de 2013 de,

www.invemar.org.co/redcostera1/invemar/docs/7010manualtecnicasanaliticas..

pdf

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[8]Determinación de la dureza de aguas naturales. Consultado el domingo 24

de febrero de 2013 de,

www.unedbizkaia.es/archivos/estudiantes/practicas/ciencias/61011093/1213pra

ctica04.pdf

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