Universidad Central del EcuadorFacultad de Ingeniería QuímicaEscuela de Ingeniería Química

Laboratorio de Análisis Químico

PRÁCTICA No. 12DETERMINACIÓN DE DUREZA POR VALORACIÓN

COMPLEXOMÉTRICA.

Semestre: CuartoParalelo: Primero

Grupo No: 1 Integrantes:Cárdenas Sarabia Cristian Geovanny

Núñez Solís Andrea CarolinaValencia Balarezo Lyanne Stephanie

Fecha de realización: 2010/06/22 Fecha de entrega: 2010/06/30

Quito – Ecuador2010

RESÚMEN

Se realizó la determinación de dureza de una muestra utilizando el método de valoración complexométrica, siguiendo un procedimiento.

Para lo cual se partió de la preparación de una solución de la muestra dada, a la cual se le agregó una solución reguladora o buffer, posteriormente se añadió un indicador específico que nos sirve para determinar la dureza total, después se utilizó una solución titulante la cual dejamos de añadir cuando se produjo el viraje.se procedió a anotar el volumen gastado de la solución titulante. Como segunda parte a la muestra anteriormente dada se le agregó una base y luego se le añadió un indicador específico el cual sirve para determinar le dureza cálcica, de igual manera se utilizó una solución titulante la cual dejamos de añadir cuando se produjo el viraje. Se procedió a anotar el volumen gastado de la solución titulante en ambas partes.

Se concluye que este método de análisis volumétrico es muy bueno y muy exacto, la utilización del indicador exacto y de la solución titulante juega un papel muy importante en la utilización de este método ya que requerimos de éstos para que se cumpla su fundamento que es la formación de complejos.

DESCRIPTORES: DUREZA / ANÁLISIS VOLUMÉTRICO / INDICADOR / SOLUCIÓN TITULANTE / COMPLEJOS.

PRACTICA #12DETERMINACIÓN DE DUREZA POR VALORACIÓN COMPLEXOMÉTRICA

1. OBJETIVOS1.1. Establecer un procedimiento para determinar la dureza en muestras de agua.1.2. Determinar la concentración de dureza total, cálcica y magnésica.

2. TEORIA

2.1. Dureza

‘’En química, se denomina dureza del agua a la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio. Son éstas las causantes de la dureza del agua, y el grado de dureza es directamente proporcional a la concentración de sales metálicas.

2.2. Tipos de Dureza

2.2.1. Dureza Temporal

La dureza temporal se produce por carbonatos y puede ser eliminada al hervir el agua o por la adición de Ca(OH)2 (hidróxido de calcio).

Ec.2.2.1-1

El carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente que en agua fría, así que hervir (que contribuye a la formación de carbonato) se precipitará el bicarbonato de calcio fuera de la solución, dejando el agua menos dura.

Los carbonatos pueden precipitar cuando la concentración de ácido carbónico disminuye, con lo que la dureza temporal disminuye, y si el ácido carbónico aumenta puede aumentar la solubilidad de fuentes de carbonatos, como piedras calizas, con lo que la dureza temporal aumenta. Todo esto está en relación con el pH de equilibrio de la calcita y con la alcalinidad de los carbonatos. Este proceso de disolución y precipitación es el que provoca las formaciones de estalagmitas y estalactitas.

2.2.2. Dureza Permanente

Esta dureza no puede ser eliminada al hervir el agua, es usualmente causada por la presencia del sulfato de calcio y magnesio y/o cloruros en el agua, que son más solubles mientras sube la temperatura. Puede ser eliminada utilizando el método SODA (Sulfato de Sodio). También es llamada "dureza de no carbonato.”(1)

2.2.3. Dureza Cálcica

‘’Determinación de la dureza debida al calcio. El calcio y el magnesio son ambos acomplejados por el EDTA a pH 10; la determinación de la dureza debida únicamente al calcio se hace a pH elevado (12-13), en este rango de pH, el magnesio precipita como Mg(OH)2 y no interviene en la reacción; además el indicador utilizado para esta determinación solo se combina con el calcio.

El indicador murexida se emplea para determinar la dureza debida al Ca+2, vira de rojo claro (cuando forma el complejo con el Ca+2) a violeta (cuando está libre).

Cálculos para Dureza de Calcio : Expresada como ppm de CaCO3

mg/l Dureza de Calcio = (meq/l Ca+2)* (50) Ec.2.2.3 -1

2.2.4. Dureza Magnésica

Determinación de la dureza debida al magnesio. La diferencia entre la dureza total y la dureza cálcica (expresada ambas como mg/L de CaCO3), da directamente la dureza magnésica.”(2)

Cálculos para Dureza de Magnesio : Expresada como ppm de CaCO3

mg/l Dureza de Magnesio = (meq/l Mg+2)* (50) Ec.2.2.4-1

2.3. Fundamento de la Valoración Complexométrica

“Debido a que las medidas de volumen juegan un papel fundamental en las titulaciones, se le conoce también como análisis volumétrico. Un reactivo llamado “valorante” o “titulador”,1 de volumen y concentración conocida (una solución estándar o solución patrón) se utiliza para que reaccione con una solución del analito,2 de concentración desconocida.

Estas valoraciones están basadas en la formación de un complejo entre el analito y el valorante. El agente quelatante EDTA se utiliza muy frecuentemente para valorar iones metálicos en solución. Estas valoraciones generalmente requieren un indicador especializado que forma complejos más débiles con el analito. Un ejemplo común es el Negro de Eriocromo T para la valoración de los iones de calcio y magnesio.”(3)

2.4. Ventajas del Método Complexométrico

Es un método muy eficiente que nos permite determinar la cantidad de metales presentes en una muestra de agua ya que existe una relación de una mol a una mol, por lo que no es necesario el uso de los equivalentes obteniendo cálculos mas rápidos.Es un método frecuentemente ocupado que cualquier otro método para determinar la dureza del agua, y de bajo costo en materiales y equipo.

2.5. Preparación y establecimiento del título de la disolución valorante de EDTA

‘’La complexona más utilizada es la sal disódica del ácido etilendiaminotetraacético, cuyo anión representaremos por H2Y2- ó AEDT. El AEDT puede conseguirse de la pureza suficiente para considerarlo como patrón primario, pero también puede prepararse una disolución de molaridad aproximada y valorarla frente a un patrón primario como es el carbonato cálcico (será lo que se haga en esta práctica). Si se emplea como indicador la murexida el pH adecuado es 12; si se emplea NET (negro de Eriocromo T) el pH será 10 y habrá que añadir unas gotas de complexón magnesio.

Prepración

Pipetear 10 ml de la disolución patrón de calcio en un Erlenmeyer. Añadir al menos otra cantidad igual de tampón amonio-amoniaco y comprobar que el pH de la disolución está próximo a 10. Adicionar entonces dos gotas de NET y otras dos o tres de MgY2-. La disolución debe tomar un color malva. Se añade desde la bureta AEDT hasta viraje a azul. Como el viraje no es fácil de distinguir al principio, se recomienda prepara dos disoluciones, dejando una como testigo y valorando la otra’’. (4)

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1. Materiales y equipos3.1.1. Bureta V = 25 ml Ap = ± 0.1 ml3.1.2. Vasos de precipitación V = 100 ml, V=250mL Ap= ± 20 ml, Ap ±50mL 3.1.3. Pipeta V = 10 ml Ap = ± 0.1 ml3.1.4. Pera3.1.5. Soporte universal3.1.6. Pinza para buretas3.1.7. Piceta V = 250 ml

3.1.8. Agitador3.1.9. Cucharilla3.1.10. Gotero

3.2. Sustancias y reactivosFormula

3.2.1. Solución buffer Hardness NH4Cl-NH4OH (L)3.2.2. MALVER C20H12N3NaO7S (s)3.2.3. EDTA C10H16N2O8 (0.01M)3.2.4. Hidróxido de potasio KOH (8N)3.2.5. CALVER C8H8N6O6 (s)3.2.6. Muestras de Agua H2O (L)

3.3. Procedimiento.

3.3.1. Determinación de la dureza total3.3.1.1. Añadir a la muestra de agua seleccionada 1mL de la solución buffer Hardness3.3.1.2. Añadir el MALVER para determinación de la dureza total.3.3.1.3. Titular con EDTA 0,001M hasta su cambio de color.3.3.1.4. Anotar el volumen de EDTA consumido para el viraje de la muestra y realizar los respectivos cálculos.

3.3.2. Determinación de la dureza cálcica3.3.2.1. Añadir en la muestra 1mL de la solución de KOH 8N.3.3.2.2. Añadir el CALVER para la determinación de la dureza cálcica..3.3.2.3. Después que esta se tiñe de azul titular con EDTA 0.001M hasta su cambio de color.3.3.2.4. Anotar el volumen de EDTA consumido para el viraje de la muestra y realizar los respectivos cálculos.

4. DATOS EXPERIMENTALES

TABLA 4-1Datos Experimentales

Dureza Vmuestra (ml) VEDTA (ml)N1 N2 N3

Total 50 8 1 0,5Calcica 50 2,8 0,3 0,7

5. OBSERVACIONESTABLA 4-1

ObservacionesN Prueba Observacion

5.1 Dureza Total

Muestra 1: Al añadir a esta la solución Buffer Hardness y luego el indicador de MANVER, la muestra obtuvo un color rosado, finalmente al agregar EDTA esta se torno de color morado.Muestra 2: Al añadir a esta la solución Buffer Hardness y luego el indicador de MANVER, la muestra obtuvo un color rosado, finalmente al agregar EDTA esta se torno de color morado.Muestra 3: Al añadir a esta la solución Buffer Hardness y luego el indicador de MANVER, la muestra obtuvo un color rosado, finalmente al agregar EDTA esta se torno de color morado.Muestra 1: Al añadir a esta hidróxido de potasio y luego el indicador CALVER, la muestra obtuvo un color rosado, finalmente al agregar EDTA esta se torno de color azul.

5.2 Dureza CalcicaMuestra 2: Al añadir a esta hidróxido de potasio y luego el indicador CALVER, la muestra obtuvo un color azul, finalmente al agregar EDTA esta se torno de color morado.Muestra 3: Al añadir a esta hidróxido de potasio y luego el indicador CALVER, la muestra obtuvo un color morado, finalmente al agregar EDTA esta se torno de color azul.

6. REACCIONES

Mg2 + 2OH- → 2Mg(OH)2↓ Ec.6-1

Incoloro Blanco

Ca2+(ac) + (C10H16N2O8)4-

(ac) → Ca(C10H16N2O8)2-(ac) Ec.6-2

7. CALCULOS

7.1 Determinación de la dureza total en mg/l de CaCO3.

7.1.1 Muestra 1

7.1.2 Muestra 2

7.1.3 Muestra 3

7.2 Determinación de la dureza cálcica en mg/l de CaCO3.

7.2.1 Muestra 1

7.2.2 Muestra 2

7.2.3 Muestra 3

7.3 Determinación de la dureza magnésica en mg/l de CaCO3.

7.3.1 Muestra 1

7.3.2 Muestra 2

7.3.3 Muestra 3

8. RESULTADOSTabla 8-1

DurezaMuestra Volumen de

EDTA para Dtotal (ml)

Volumen de EDTA para Dcalcica (ml)

Dureza total

(mg/L CaCO3)

Dureza Calcica(mg/L

CaCO3)

Dureza Magnesica

(mg/L CaCO3)

1 4,8 2,4 9,6 4,8 4,82 1,1 0,5 2,2 1 1,23 1,7 0,9 3,4 1,8 1,6

9. DISCUSIÓN

En la determinación de dureza total por valoración complexométrica se utilizo una solución buffer de Hardness que contiene un ion hidróxido que permite la precipitación del catión magnesio y esto hace que tenga una mayor eficiencia nuestro indicador para determinar la dureza total ya que enmascara al magnesio, esto ocurrió en la muestra 1 y 2, pero en la muestra 3 se termino la solución buffer haciendo que tengamos pequeños márgenes de error, lo mismo ocurrió ya que para determinar la dureza cálcica se termino el hidróxido de potasio haciendo que el EDTA contenga una parte de iones magnesio y calcio provocando un ligero error en la medición del mismo, para esto se debria contar estos reactivos ya que mejorarían los resultados obtenidos.

10. CONCLUSIONES

10.1 El método utilizado para la determinación de dureza por complexometria es muy eficiente debido a que nos permitió calcular y conocer la concentración de dureza total, cálcica y magnésica utilizando una solución tampón para que la muestra tenga un pH alcalino y un indicador determinado como MANVER para la determinación de la dureza total y CALVER para la determinación de la dureza cálcica, para finalmente titular con EDTA hasta el viraje del indicador.

10.2 El punto final de la valoración se determina con EDTA cuando al añadir a la muestra de agua que tiene un pH de 10 y el indicador determinado se logra el viraje del mismo, debido a que en este momento el EDTA reacciona con los metales de Ca2+ o Mg2+ que se encuentran en el agua y permiten finalmente el desplazo del indicador formando asi un compuesto que contenga EDTA y cualquiera de los metales antes mencionados.

10.3 En la determinacion de la dureza calcica se utiliza una base fuerte, en este caso hidróxido de potasio, el cual permite que se precipiten como hidróxidos todos los metales presentes en la muestra con excepción del calcio, también se utiliza el indicador CALVER debido a que este es el determinado para la determinación de la dureza mencionada,10.4 El compuesto orgánico EDTA utilizado como medio valorante nos permite realizar de manera fácil y rápida los cálculos para la determinación de la dureza total, cálcica y magnésica debido a que la relación es una mol de EDTA a una mol de cualquier metal (Ca2+ y Mg2+), con lo cual se obtuvo resultados correctos, ya que los volúmenes de EDTA fueron medidos con precisión y mucho cuidado hasta el viraje del indicador, logrando así resultados lógicos de concentración CaCO3 que es la manera en como se cuantifica la dureza presente en los tres tipos de agua que contenían diferentes concentraciones de dureza total, cálcica y magnésica.

11. APLICACIONES

11.1. En la industria del té para el análisis del mate11.2. Para el análisis de aguas 11.3. Aplicación de complexometría como técnica para determinar bajos contenidos de Pd y Mg sobre catalizadores Pd-Mg/SiO2-Al2O3”,11.4. En la industria de los materiales de limpieza para corroborar la composición de dichos materiales.11.5. Para el análisis rápido del cemento portla

12. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

12.1. Citas bibliográficas

(1) http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_del_agua(2) http://www.fisicanet.com.ar/quimica/aguas/lb01_agua_dureza.php(3)http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9trico#Valoraci.C3.B3n_complexom.C3.A9trica(4) http://www.iq.uva.es/analitica/Experimentacion.htm

(5) http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leia/garcia_h_da/apendiceC.pdf

12.2. Bibliografía12.2.1. www.monografias.com12.2.2. www.fisicanet.com.ar12.2.3. Daniel Harris, ANALISIS QUIMICO CUANTITATIVO, Editorial: Iberoamérica, 199212.2.4. www.wikipedia.com11.2.5. www.iq.uva.es

13. ANEXOS13.1. Diagrama del equipo (Ver Anexo 1)

14. CUESTIONARIO

14.1 Indicar el fundamento de la norma APHA para la medicion de dureza.El método se basa en la formación de complejos por la sal disódica del ácido etilendiaminotetraacético con los iones calcio y magnesio. El método consiste en una valoración empleando un indicador visual de punto final, el negro de eriocromo T, que es de color rojo en la presencia de calcio y magnesio y vira a azul cuando estos se encuentran acomplejados o ausentes. El complejo del EDTA con el calcio y el magnesio es más fuerte que el que estos iones forman con el negro de eriocromo T, de manera que la competencia por los iones se desplaza hacia la formación de los complejos con EDTA desapareciendo el color rojo de la disolución y tornándose azul.

Tabla.13.1.-1Agua De Alimentación.

TIPO DE ANÁLISIS NORMAAPHA-AWNA-WPCF

UNIDADES

Dureza total 2340 ppm CaCO3

Conductividad 2510 µSiems / cmSólidos disueltos 2450 ppm SD

pH 4500-H Unidades de pHSílice 4500-Si ppm SiO2

Tabla. 13.1.-2Agua Cruda.

TIPO DEANÁLISIS

NORMAAPHA-AWNA-WPCF

UNIDADES

Hierro ------ ppm FeAlcalinidad total 2320 ppm CaCO3

14.2 ¿Cómo se estandariza una la solución EDTA?

“La estandarización del EDTA (sal disódica) se hace de la siguiente manera: colocar 5 ml de solución de CaCl2 en un matraz Erlenmayer de 125 ml, se añaden 5 gotas de solución buffer de pH 10 y 3 gotas de indicador de Eriocromo negro T, aparece un color púrpura en presencia de iones de calcio y magnesio, y se procede a titular con la solución de EDTA cuya normalidad se desea conocer, se termina hasta la aparición de un color azúl. La Normalidad del EDTA se calcula así:”(5). V1 x N1 N2 = -------------- Ec.14.2-1 V2 Dónde :

N2 = Normalidad del EDTA V1 = ml de solución de CaCl2 N1 = normalidad de la solución de CaCl2V2 = ml gastados de EDTA

14.3 La concentración de una solución EDTA se determino valorándola con una sal de Ca2+ preparada a partir de un patrón primario CaCO3, en un matraz volumétrico de 500 ml se coloco una muestra de 0,4071 g de CaCO3, en un recipiente se disolvió con HCl (6M) y se aforo a 500 ml, se cogió una alícuota de 50 ml de esta solución y se trasvaso a un erlenmeyer donde se ajusto el pH utilizando 5 ml de solución tampón de 10. Despues de adicionar calmagita como indicador la solución se valoro con EDTA y se consumieron 42,63 ml de EDTA para alcanzar el punto final. ¿Cuál es la concentración inicial de EDTA?

CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + H2CO3

Ec.14.3-1

Datos:CaCO3= 0.4071 gHCl 6M

VEDTA=42.63 mL