Práctica 4. Determinación de alcalinidad y acidez PDF

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UNIVERSIDAD NACIONALAUTÓNOMA DE MÉXICOF A C U L T A D D E I N G E N I E R Í A P R O G R A M A D E M A E S T R Í A Y D O C T O R A D O E N I N G E N I E R Í APRÁCTICA 4Determinación de alcalinidad y acidezA L U M N O S ( E Q U I P O 3 ) : ULISES ERICKA S I G N A T U R A : QUÍMICA AMBIENTALMÉXICO, D. ...

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FAC U LTAD D E I N G E N I E R ÍA P R O G RAMA D E MAE S TR ÍA Y D O C TO RAD O E N I N G E N I E R ÍA

PRÁCTICA 4 Determinación de alcalinidad y acidez ALUMNOS(EQUIPO3): ULISES ERICK

ASIGNATURA: QUÍMICA AMBIENTAL

MÉXICO, D.F.

SEPTIEMBRE 2019

ÍNDICE 1.

INTRODUCCIÓN..........................................................................................................2

2.

OBJETIVOS.................................................................................................................3

2.1 General...................................................................................................................3

2.2 Particular.................................................................................................................3

3.

METODOLOGÍA..........................................................................................................3

4.

MATERIALES Y REACTIVOS.....................................................................................5

5.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS...................................................................................5

6.

CONCLUSIONES.........................................................................................................7

7.

REFERENCIAS............................................................................................................7

1.INTRODUCCIÓN La acidez se refiere a la presencia de sustancias disociables en agua y que como producto de disociación generan el ión hidronio (H3O+), como son los ácidos fuertes, ácidos débiles y de fuerza media; también la presencia de ciertos cationes metálicos como el Fe3+ y el Al3+ contribuyen a la acidez del medio[ CITATION HAC03 \l 2058 ]. La alcalinidad del agua es la capacidad de neutralizar ácidos, es ocasionada por la presencia de iones como HCO3-, CO32-, Cl-, OH-, SO42-, silicatos y sulfatos de elementos como calcio, magnesio, sodio y potasio[ CITATION APH981 \l 2058 ]. La determinación de alcalinidad se emplea para la interpretación y control de las operaciones y procesos unitarios para el tratamiento de agua potable y residual, por ejemplo, los digestores anaerobios que operan correctamente suelen presentar concentraciones de alcalinidad en un rango de 2,000 a 4,000 mgCaCO3/L[ CITATION AWW11 \l 2058 ]. Una medida de la acidez total del medio es la cantidad de base fuerte que es necesario añadir a una muestra para llevar el pH a un valor predeterminado coincidente con el vire de la fenolftaleína. Una medida de la alcalinidad total del medio es la cantidad de ácido fuerte que es necesario añadir a una muestra para llevar el pH a un valor predeterminado coincidente con el vire del naranja de metilo (APHA, 1998). Debido a que la alcalinidad de muchas aguas superficiales es primariamente una función del contenido de carbonato, bicarbonato e hidróxido, se toma como un indicador de la concentración de estos constituyentes. Los valores medidos también pueden incluir contribuciones

de

boratos,

fosfatos,

silicatos,

u

otras

bases

que

estén

presentes[ CITATION HAC03 \l 2058 ]. Es importante determinar la alcalinidad del agua para el diseño, operación y optimización de los procesos de ablandamiento por precipitación química, para conocer el gasto y dosis requerida de Ca(OH)2 o NaOH, además en procesos como coagulación-floculación es un parámetro de relevancia para la eficiencia de las unidades de tratamiento. La alcalinidad está expresada como alcalinidad a la fenolftaleina (P), o como alcalinidad total (AT). La primera corresponde al contenido total de hidróxido y carbonato presentes en la muestra, y la segunda, además de los anteriores, incluye el contenido de bicarbonato (AWWA, 2011).

2.OBJETIVOS 2.1

General

>> Determinar la alcalinidad en distintas muestras sintéticas, así como en agua residual cruda y tratada, empleando el método volumétrico con ácido sulfúrico.

2.2

Particular

>> Conocer y aplicar la metodología para la determinación de la alcalinidad a la fenolftaleína y al naranja de metilo, acorde a la NMX-AA-036-SCFI-2001.

3.METODOLOGÍA Para el desarrollo experimental de esta práctica de prepararon 5 muestras distintas de un 1 L, a partir de disoluciones de NaOH 1M y NaHCO3 1M, los mililitros adicionados se presentan en la Tabla 1. Se determinaron las alcalinidades correspondientes a estas disoluciones y a muestras de agua residual cruda y tratada. Tabla 1. Método de preparación de las muestras problema. Número de disolución 1

mL adicionados en 1 L

[Catión], M

3 mL de NaOH

[OH-] = 3X10-3

3 mL de NaOH [CO32-] = 3X10-3

2 3 mL de NaHCO3 3

1 mL de NaHCO3

[HCO3-] = 3X10-3

5 mL de NaOH 4

[OH-] = 3X10-3 3 mL de NaHCO3

5

3 mL de NaOH

[HCO3-] = 3X10-3

1 mL de NaHCO3

En la Figura 1, se presenta la metodología para determinar la alcalinidad a la fenolftaleína y al naranja de metilo, seguida en este desarrollo experimental.

Figura 1. Metodología seguida para determinar la alcalinidad en las distintas muestras. Fuente: Elaboración propia.

La alcalinidad a la fenolftaleína y al naranja de metilo se calculó con la siguiente ecuación:

( V )∗( N )∗( 50 )∗( 1000 ) mg de alcalinidad comoCaCO 3= Vm L Donde: V: Volumen de H2SO4 gastado en la titulación, en mL. N: Concentración del H2SO4, 0.02N. 50: Factor de conversión de eq/L a mg/L de CaCO3. 1000: Factor de conversión de mL a L. Vm: Volumen de muestra, en mL.

4.MATERIALES Y REACTIVOS En la lista que se presenta a continuación se muestran los materiales y reactivos necesarios para determinación de alcalinidad en las distintas muestras problema. -

1 bureta graduada con capacidad de 50 mL.

-

7 matraces Erlenmeyer de 250 mL.

-

2 vasos para precipitados de 100 mL.

-

1 probeta graduada de 50 mL.

-

Piseta con agua destilada tipo 1.

-

Naranja de metilo en disolución.

-

Fenolftaleína en disolución.

-

H2SO4 0.02N.

5.DISCUSIÓN DE RESULTADOS Para la discusión y análisis de los resultados se tomaron como base las relaciones que se presentan en la Tabla 2, donde AF representa la alcalinidad a la fenolftaleína y AT a la alcalinidad total (naranja de metilo). Tabla 2. Relación de alcalinidades en el agua potable y residual. Número de relación

Resultados de la titulación

Alcalinidad de OH-

Alcalinidad de CO32-

Alcalinidad de HCO3-

1

AF = 0

0

0

AT

2

AF < 0.5AT

0

2AF

AT – 2AF

3

AF = 0.5AT

0

2AF

0

4

AF ≥ 0.5AT

2AF - AT

2(AT – AF)

0

5

AF = AT

AT

0

0

A continuación, en la Tabla 3 se presentan los mililitros de muestra analizados, así como los resultados obtenidos en las determinaciones de alcalinidad a la fenolftaleína y al naranja de metilo, en mgCaCO3/L. Tabla 3. Resultados obtenidos en las determinaciones de alcalinidad en las muestras. Alcalinidad al Alcalinidad a la mL de H2SO4 naranja de metilo fenolftaleína gastados en el (mgCaCO3/L) naranja de metilo (mgCaCO3/L)

Muestra

Volumen de muestra (mL)

mL de H2SO4 gastados en la fenolftaleína

1

20

1.2

0

60

0

2

20

0.6

0.6

30

30

3

20

0.5

0.5

25

25

4

20

1

0.7

50

35

5

20

1

0

50

0

Agua residual cruda

20

0

1.5

0

75

Agua residual tratada

20

0.6

3.4

30

170

Para la muestra 1 y 5, se observa en la Tabla 3, que la alcalinidad es debida principalmente a los iones OH-, se sugiere que este comportamiento fue potenciado a la adsorción de CO2 atmosférico. En la Tabla 1, se observa que para la muestra 2 y 3 la alcalinidad total determinada es debida únicamente a la concentración de OH- (ver Tabla 3), se sugiere que para la muestra 3 el equilibrio se desplazó hacia reactivos favoreciendo la formación iones hidroxilos[ CITATION HAC03 \l 2058 ] o a errores cometidos en las lecturas del volumen de titulante gastado para ambos casos. La muestra 4 presenta la relación 4 de la Tabla 3, la alcalinidad debida a los iones OH - es de 65 mgCaCO3/L, mientras que la alcalinidad debida a los CO 32- es de 30 mgCaCO3/L. Estas diferencias en la concentración se deben a que el NaOH es una base fuerte que se disocia completamente. Para el agua residual cruda, no fue posible la determinación de alcalinidad a la fenolftaleína debido a la concentración de partículas suspendidas y coloidales que

imposibilitaron observar el viraje del indicador. Por lo tanto, se asumen que la alcalinidad al naranja de metilo es igual a la alcalinidad total (75 mgCaCO3/L). Para el caso de la muestra de agua residual tratada se cumple la relación número 2 de la Tabla 3, donde la concentración de alcalinidad de CO32- es 60 mg CaCO3/L, mientras que la alcalinidad de HCO3- es 110 mg CaCO3/L. Lo que implica que no hay presencia de iones hidroxilo en el agua. Además, el incremento de esta concentración con respecto al agua cruda se piensa que es por el tipo de tratamiento a la que fue sometida (humedales, por ejemplo).

6.CONCLUSIONES Se conoció e identificaron las variables que interfieren (partículas suspendidas y coloidales que aportan color o turbiedad a la muestra, adsorción o desprendimiento de CO2, errores de paralaje en la determinación del volumen gastado de titulante, entre otros) en la medición de alcalinidad en muestras de agua potable y residual, así como a entender los virajes de cada uno de los indicadores que se emplean. Se aprendió que la alcalinidad es un parámetro de gran importancia en el diseño de sistemas de coagulación-floculación, así como en la selección de coagulante, dosis óptima del mismo y para determinar la eficencia de procesos de intercambio iónico o de ablandamiento de agua para uso y consumo humano. Aunado a lo anterior se desarrollo y se aprendió la metodología establecida en la NMXAA-036-SCFI-2001, siguiendo las recomendaciones establecidas en la misma.

7.REFERENCIAS APHA, 1998. Standard methods for the examination of water and wastewater. Primera ed. Washington, DC: APHA. AWWA, 2011. AWWA Manual M37. En: A. W. W. Association, ed. Particle and Natural Organic Matter Removal in Drinking Water. Denver, Colorado: AWWA, pp. 1-16.

HACH, 2003. Manual de análisis de agua. Loveland, Colorado, EE.UU.: HACH COMPANY....