Presentacion alcalinidad f y m

Análisis de AguaParte 2:

Alcalinidad

SUPERINTENDENCIA NACIONAL DE SERVICIO DE SANEAMIENTOCooperación Técnica Alemana

Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento 2

Desarrollo

1. Introducción

2. Fundamentos del Método

3. Parte Experimental

4. Apéndice


1. IntroducciónLa Alcalinidad de una soluiciónse define en forma opercionalcomo “La capacidad paraNeutralizar Acidos” o como“La cantidad de Acido por litroque se requiere para disminuirel pH a un valor aproximado de4.3”

Que es Alcalinidad?


1. Introducción

La Alcalinidad en la mayor partede las aguas naturalessuperficiales está determinadaprincipalmente por el sistemaCarbonato.

Es decir:

HCO3-, CO3

=, OH- y H+

Como la mayor parte de las aguasnaturales presentan valores de pHentre 6 y 9, y la principal especieque contiene H2CO3 en esteintervalo es el HCO3

-, laalcalinidad se equipara a laconcentración de Bicarbonato.

Y ... A que se debe la

Alcalinidad?


1. IntroducciónEl sistema Carbonato presenta el siguiente sistema en equilibrio:

CO2 + H2O H2CO3

H2CO3 HCO3- + H+

HCO3- CO3

= + H+

Este sistema define valoresde pH característicos, quenos permiten clasificar laAlcalinidad según sunaturaleza Carbonatada.


1. IntroducciónLos tipos de AlcalinidadDebido a que la Alcalinidad depende del sistema Carbonatoexistente en la muestra, esta puede clasificarse:

• Alcalinidad a La Fenolftaleina o Alcalinidad CáusticaDefinida como la cantidad de ácido fuerte (Moles/L), necesaria paradisminuir el pH de la muestra a pH-CO3

=

• Alcalinidad de CarbonatosDefinida como la cantidad de ácido fuerte (Moles/L), necesaria paradisminuir el pH de la muestra a pH-HCO3

=

• Alcalinidad TotalDefinida como la cantidad de ácido fuerte (Moles/L), necesaria paradisminuir el pH de la muestra a pHCO2


1. IntroducciónLos tipos de AlcalinidadEl siguiente Gráfico muestra lo expresado en la diapositiva anteriory sirve como base teórica para las pruebas a realizar más adelante.

4 5 6 7 8 9 10 11

pHCO2

H2CO3 = CO2.H2OA

lcal

inid

ad T

otal

pHHCO3-

HCO3-

Alc

alin

idad

de

Car

bona

to

pHCO3=

CO3=

pH

Volu

men

de

Aci

do F

uert

e

Alcalinidad Cáustica (---)


1. IntroducciónComo se determina la Alcalinidad?

La Alcalinidad se determina enforma volumétrica utilizando elprincipio de “Neutralización”.Para ello, se utiliza un AcidoFuerte como el Acido Sulfúrico,el cual aporta los protonesnecesarios para la titulación.

Punto Final


1. IntroducciónComo se determina la Dureza?

Ya que los productos de laneutralización son salesinorgánicas incoloras, debende utilizarse necesariamenteindicadores de color, a fin depoder detectar en formavisual el punto final de laTitulación.

Indicadores?... Fenolftaleina?,Anaranjado de

Metilo?


2. Fundamentos del MétodoVolumetriaEl principio del análisisvolumétrico se basa en el hechode hacer reaccionar el Analitoproblema (en forma directa oindirecta), con un volumen deun reactivo para originar unaReacción (Directa o Indirecta).

Del Volumen y Concentracióndel reactivo agregado, secalcula la concentración delAnalito problema.

Por ejemplo:1 mol de A + 2 moles de B = 1 mol de AB8 mL de 1M + 8 mL de 2M = 16 mL 0.5 M AB


2. Fundamentos del MétodoVolumetria

Debido a que el análisisvolumétrico utiliza relacionesde volúmenes exactos, esesencial adoptar un estándardefinido para una unidad devolumen y calibrar toda elmaterial de vidrio para cumplircon ese estándar.

El material de vidrio para lamedición que se utiliza conmás frecuencia son:

Buretas, Pipetas y Matraces oFrascos Erlenmeyer

50 mL 25 mL 20 mL

10 mL 5 mL

1 mL

2. Fundamentos del MétodoDeterminación VolumétricaEn la determinación de la Alcalinidad debe de tenerseen cuenta que:• Se ha determinar Alcalinidad

proveniente de Hidróxidos yCarbonatos.

• Pueden existir equilibrioscompetitivos en la valoración

• El Titulante, las muestras y losproductos de la titulación sonincoloros, por lo tanto serequiere el uso de indicadoresde color para la detección delpunto final de la titulación.


Kps del CaCO3

Estabilidad de EDTA-Ca

EDTA-Ca es Incoloro!


2. Fundamentos del MétodoIndicador de Color:

Para este trabajo se requierendos indicadores de color:

• Fenolftaleina

• Anaranjado de Metilo

Estos son ácidos orgánicosdébiles, que cambian de color avalores de pH característicos(cambian la disposición espacialde su estructura molecular).

Es importante recordar que cada uno de estos

indicadores presentan un pH de trabajo adecuado para el cambio de color


2. Fundamentos del MétodoReaccionesReacción de Neutralización con Hidróxidos:

H+ + OH- H2OIncoloro Incoloro

Reacción de Neutralización con el Sistema Carbonato:

H+ + CO3= HCO3

-

Incoloro Incoloro

H+ + HCO3- H2CO3

Incoloro Incoloro


2. Fundamentos del MétodoReaccionesReacción de la Fenolftaleina:

Fenolftaleina Fenolftaleina

Fenolftaleina Fenolftaleina

Reacción del Anaranjado de Metilo:

Anaranjado de Metilo



OH-

pH > 7

H+

pH < 7

H+

pH > 3.3

H+

pH < 3.3 Anaranjado de Metilo


2. Fundamentos del MétodoReaccionesReacción Total:

Muestra + Fenolftaleina Muestra

Muestra + H+ Muestra + H2O

Muestra + Anaranjado de Metilo Muestra

Incoloro Grosella

Incoloro

Muestra + H+ Muestra


3. Parte Experimental3.1 Objetivos

3.3 Material de Vidrio3.4 Reactivos

3.5 Instrumentos y Accesorios3.6 Preparación de Soluciones y Reactivos3.7 Procedimiento

3.8 Cálculos

3.2 Interferencias


3. Parte Experimental3.1 Objetivos

Determinar la Alcalinidad en muestras de AguaPotable, Agua Subterránea y Agua Superficial,dentro de un intervalo de pH de 8.3 a 4.5,utilizando el método Titulométrico con AcidoSulfúrico.

3.2 InterferenciasInterfiere el Cloro Libre y Cloro Residual que puedaencontrarse en la muestra. Igualmente interfierentodas aquellas sustancias que puedan reducir totalo parcialmente los indicadores de color, o aquellassustancias que puedan reaccionar con ellos.


3. Parte Experimental3.3 Material de Vidrio

Frasco Erlenmeyer de 250 mLBureta Graduada de 50 mL

Probeta Graduada de 50 mLPipetas Volumétricas de 10, 25 y 50 mL

Luna de Reloj


3. Parte Experimental3.4 Reactivos

• Tiosulfato de Sodio Pentahidratado (Na2S2O3.5H2O)• Fenolftaleina (C20H14O4)• Anaranjado de Metilo (C14H14N3SO3Na)• Acido Sulfúrico Concentrado (H2SO4)• Carbonato de Sodio Anhidro (Na2CO3)• Alcohol Etílico• Agua tipo ASTM I o II


3. Parte Experimental3.5 Instrumentos y Accesorios

• Balanza Analítica (Sensibilidad 0.0001 gramos)• Potenciometro• Cucharilla de Vidrio o espatula de punta fina• Plancha de calentamiento• Pizeta de Polietileno de Alta densidad

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5.22


3. Parte Experimental3.6 Preparación de Soluciones y Reactivos

• Solución H2SO4 1 N

28 mL

Mezclar por Inversión

Fiola 1000 mL

Depositar cuantitativamente

H2SO4

18 M

Agregar 500 mL de Agua tipo ASTM I o II

Agregar agua tipo ASTM I o II hasta

completar el volumen

H2SO4 1 N



• Solución H2SO4 0.02 N

20 mL

Fiola 1000 mL

Agregar 500 mL de Agua tipo ASTM I o II Mezclar por

Inversión

Depositar cuantitativamente

Agregar agua tipo ASTM I o II. .Llevar a

volumen

H2SO4 0.02 NH2SO4 1 N


• Solución Tiosulfato de Sodio 0.1 N (Na2S2O3.5H2O)

Pesar 2.500 gramos de Na2S2O3.5H2O

Vaso de Precipitado de 100 mL

Disolver con 50 mL de Agua Tipo

ASTM I o II

Trasvasar a Fiola de

100 mL 100 mLPyrex Corning

Completar a volumen con agua libre de calcio y magnesio

250 mLPyrex Corning

Na2S2O3 0.1 N



• Indicador Fenolftaleina

Pesar 0.500 gramos de Fenolftaleina

Disolver lo mejor posible


Agregar 50 mL de Etanol

Observar que la solución

sea traslucidaCompletar a 100 mL con Etanol

Indicador Fenolftaleina

Verter a Frasco Gotero



• Indicador Anaranjado de Metilo

Pesar 0.0500 gr de Anaranjado de Metilo

Disolver lo mejor posible



Observar que la solución

sea traslucidaCompletar a 100 mL con Etanol

Indicador Anaranjado

de Metilo

Verter a Frasco Gotero


250 C Up

Dw

ON

OFF


• Solución Estándar Carbonato de Sodio 2.5 g/L

Colocar en una luna de reloj cerca de 1.00 gramos de Na2CO3

Llevar a estufa por 4 horas a 250 C


Dejar enfriar por 3 horas


• Solución Estándar Carbonato de Sodio 2.5 g/L

250 C Up

Dw

ON

OFF

Retirar utilizando pinzas y llevar a

un desecador


• Solución Estándar Carbonato de Calcio 2.5 g/L

Llevar a la sala de pesado

Pesar 0.2500 gramos de Na2CO3


Trasvasar cuantitativamenta a frasco volumétrico

de 100 mL


Disolver lo mejor posible 100mL

Pyrex Corning1000 mLPyrex Corning

Llevar a volumen con Agua tipo ASTM

I o II

1000 mLPyrex Corning

Solución Na2CO32.5 g/L


3. Parte Experimental3.7 Procedimiento

1. Valoración de la Solución H2SO4 0.02 NLa valoración de la solución Titulante H2SO4 0.02 N selleva a cabo utilizando un potenciometro. La deteccióndel punto final de la titulación se obtiene en formagráfica, al registrar los valores de Volumen de H2SO4 0.02N agregados vs. el valor de pH obtenido al agregar este.

Para llevar a cabo esta valoración, consulte el manual desu pH-metro y siga el procedimiento indicado por elfabricante para su calibración, limpieza y mantenimientoantes, durante y despues de cada medición a realizar.



1. Valoración de la Solución H2SO4 0.02 N

100 mLPyrex Corning

Solución Na2CO3 2.5 g/L

Tomar 15 mL

Transferir cuantitativamente a un vaso de precipitado de

250 mL

Agitar para uniformar


Llevar a Titulación Potenciométrica


50

40

30

20

10

0



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5.22

Siga los siguientes pasos:A) Monte el sistema que se observa a la

izquierda.

B) Si fuese posible, coloque un agitadormagnetico debajo del vaso y un magnetoen el vaso de muestra. En caso contrarioagite manualmente en forma envolvente.

C) Lleve la bureta a 0.0 ml con H2SO4 0.02 N.

D) Encienda el Agitador magnetico y graduea velocidad media.

E) Agregue porciones constantes de H2SO40.02 N (por ejemplo 0.5 mL), deje que semezcle (o mezcle en forma manual), yanote el valor de pH correspondiente a laadición de H2SO4 0.02 N



1. Valoración de la Solución H2SO4 0.02 NF) Añada las porciones de H2SO4 0.02 N hasta que obtenga un valor de

pH cercano a 5.

G) Si la concentración de la solución H2SO4 es cercana a 0.02 N, deberáhaberse gastado entre 32 y 35 mL. Anote el gasto de H2SO4 utilizado.

H) Coloque una luna de reloj sobre el vaso y lleve este a una planchade calentamiento.

Ebullir suavemente por 3 a 5 minutos para

eliminar el CO2

Dejar enfriar a temperatura ambiente.

I) Enjuague la luna de reloj con agua tipo ASTM I o II vertiendo el aguade enjuague sobre el vaso de la muestra.




50

40

30

20

10

0

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3.12

j. Monte el sistema nuevamente.k. Encienda el Agitador magnetico y

gradue a velocidad media.l. Continue agregando en las

porciones de H2SO4 0.02 N, deje quese mezcle (o mezcle en formamanual), y anote el valor de pHcorrespondiente a la adición deH2SO4 0.02 N.

m. Continue la valoración hasta que elvalor de pH llegue a un valorcercano a 3.00

n. Anote el volumen total gastado en lavaloración. Retire el electrodo de lñasolución y realice el procedimientode limpieza recomendado por elfabricante.



Seleccionar el volumen adecuado de muestra o unaalícuota de la misma (complete el volumen a 50 mL conagua tipo ASTM I o II), y transfiérala a un matraz Erlenmeyerde 250 mL.Utilice la siguiente tabla como una referencia paraseleccionar el volumen de muestra:

Volumen (mL) Rango de Concentración (mg CaCO3/L)

100 0 - 300

50 250 - 500

25 500 - 1000

Determinación de Muestras y Blanco



2. Determinación de Muestras

Tomar 2 porciones de

50 mL

Transferir cuantitativamente a un frasco erlenemeyer de 250 mL

Testigo

Muestra

Agregar 2 gotas de Na2S2O3


Agregar 2 gotas de Na2S2O3

Agregar 2 gotas de Indicador Fenolftaleina

Alcalinidad a la Fenolftaleina




Si no hay cambio de color, entoncesla Alcalinidad a la Fenolftaleina esigula a 0 y no hay CO3

= ni OH-.El Agua es Acida o solo presenta

Bicarbonatos

Agregar 2 gotas del indicador Fenolftaleina

Rojo Grosella


Testigo

Titulación

Punto Final de la Titulación

Anotar el Gasto de la Titulación (Gasto a la Fenolftaleina = F)

Alcalinidad a la Fenolftaleina




Si la muestra cambia a Anaranjado oRojo, la Alcalinidad Total es igual a 0.

El Agua es Acida y no hay Carbonatos, Bicarbonatos ni Hidróxidos

Agregar 2 gotas del indicador


Amarillo Brillante


Testigo

Titulación

Punto Final de la Titulación

Anotar el Gasto de la Titulación (Gasto al Anaranjado de Metilo = T)

Alcalinidad TotalAgregar 2 gotas

del indicador Anaranjado de

Metilo


3. Parte Experimental3.8 Cálculos

1. Volumen de Titulación del H2SO4 0.02 N

El Volumen de la Titulaciónse obtiene en forma gráficacomo se observa en elgráfico de la izquierda.

En el se observa que elpunto de inflexión secalcula intersecando lasrectas en las ramas de laderecha e izquierda de lacurva potenciométrica.

pH

Vol. (mL)Vol 1



1. Volumen de Titulación del H2SO4 0.02 N

El Volumen 2 se obtuvo al llegar la titulación a pH = 3.12 (Vol 2).

La concentración del H2SO4 se calcula con la siguiente ecuación:

N = (Concentración del Na2CO3) x (Volumen de Na2CO3 usado)

(Eq – gr del Na2CO3) x (Vol 1 + Vol 2)

N = (2.5 g/L) x (15)

(53.00) x (Vol 1 + Vol 2)

Ejemplo : Si el volumen total gastado para la titulación hubiese sido de 36mL de H2SO4, entonces la normalidad de este ácido seria de 0.01965 N.

En otras palabras:



2. Alcalinidad a la Fenolftaleina

La Alcalinidad a la Fenolftaleina se calcula con la siguienteecuación:

Donde:F = Volumen de H2SO4 gastado en la Titulación usando

como indicador FenolftaleinaN = Normalidad del H2SO4

Ejemplo: Si el Volumen de la muestra es de 50 mL, el volumen de H2SO4usado fue de 8 mL y la Normalidad del H2SO4 es de 0.01965, entonces laAlcalinidad a la Fenolftaleina será de 157.2 mg/L de CaCO3.

Alcalinidad a la Fenolftaleina = F x N x 50000mL de Muestra utilizada



3. Alcalinidad Total

La Alcalinidad Total se calcula con la siguiente ecuación:

Donde:T = Volumen Total de H2SO4 gastado en la Titulación

(Volumen a la Fenolftaleina + Volumen al Anaranjado de Metilo)

N = Normalidad del H2SO4

Ejemplo: Si el Volumen de la muestra es de 50 mL, el volumen de H2SO4usado fue de 24.2 mL y la Normalidad del H2SO4 es de 0.01965, entonces laAlcalinidad Total será de 475.53 mg/L de CaCO3.

Alcalinidad Total = T x N x 50000mL de Muestra utilizada



4. Cálculo de Hidróxidos, Carbonatos y Bicarbonatos

El contenido de cada una de las especies presentes en lamuestra puede calcularse fácilmente utilizando la siguientetabla:

Condición Hidróxidos Carbonatos Bicarbonatos

F = 0 0 0 T

2(F) < T 0 2(F) T – 2(F)

2(F) = T 0 2(F) 0

2(F) > T 2(F) – T 2(F) – T 0

F = T T 0 0


4. Apendice4.1 Referencias

• Manual de Procedimientos para análisis de Agua – Vol 1, Análisis Físicos y Químicos. SUNASS – 1977.

• Procedimientos simplificados para el análisis de aguas, Manual de laboratorio. OPS – 1978.

• Standard Methods for the examination of Water and Wastewater. AWWA – 1992.

Gracias por su atención!

Superintendencia Nacional de Servicios de

Saneamiento

SUNASS

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Engineering

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