Práctica No. 6. Determinación DE Cloruros EN UNA Muestra DE AGUA - Adriana Y LUIS PDF

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Determinación de cloruros....

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6. Determinación de cloruros en una muestra de agua Pulido Luis, Castañeda Pilar Química Analítica, Facultad de Ciencias, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Boyacá

Prelaboratorio 1) Comente a qué se debe la presencia de cloruros en aguas y cuáles son sus implicaciones. La presencia de cloruros en agua se puede deber a ciertos factores, en los que uno de los más influyentes es la contaminación del agua. Esta contaminación puede provenir de las diversas actividades que se realizan a nivel industrial, así como las actividades agrícolas y actividades mineras. La presencia de cloruros es útil para determinar la calidad del agua, ya que si bien existe un límite de la concentración de estos que se considera apto para consumo humano, también se puede determinar la concentración de estos en el agua y determinar el nivel de contaminación de esta. El aumento de la concentración de cloruros en el agua implica que su nivel de contaminación ha aumentado, y esto se debe mayormente a las actividades humanas que pueden generar contaminantes, que también pueden ser de carácter doméstico como orina o los desechos de las mascotas [1] [2]. 2) Elabore un diagrama de flujo de la práctica. Preparación y estandarización de la solución valorante (AgNO3).

Determinación de cloruros en una muestra problema.

Introducción Los cloruros (Cl-) son aquellos iones que están presentes en mayor cantidad en las fuentes de abastecimiento de agua y en aguas residuales. El sabor salado del agua es producido por dichos iones, este es variable y dependiente de la composición química del agua. Cuando los cloruros están en forma de la sal cloruro de sodio estos son detectables a una concentración de 225ppm de NaCl, pero si estos están presentes en CaCl2 o MgCl2 ocurre un problema y es que el dicho sabor salado puede estar ausente aún en concentraciones de 1000ppm [3]. Para la determinación de dichos cloruros es necesario ejecutar el método de Mohr, el cual se basa en una valoración química de cloruro haciendo uso del nitrato de plata y cromato de potasio (indicador). Lo que se busca en este método es que el cloruro precipite de manera cuantitativa hasta generar el cloruro de plata antes de que se llegue a formar el precipitado de cromato de plata (Ag 2CrO4). Por otra parte, el indicador debe ser lo bastante sensible para que se dé el viraje de color apreciablemente nítido (amarillo a rojo ladrillo), con una pequeña porción de plata [4]. Por lo tanto, se hará uso del método de Mohr (valoración de precipitación), para verificar si la muestra de agua a estudiar cumple con las especificaciones requeridas. En esta práctica se busca determinar la respectiva concentración de cloruros, mediante la valoración realizada con el agente valorante nitrato de plata (AgNO3), para con ello garantizar que esta muestra cumple con los parámetros establecidos por la norma NTC 4844 y demostrar que esta técnica de titulación es útil para llevar acabo el correspondiente control de calidad.

Resultados 1) Estandarización de la solución valorante (AgNO 3):

Tabla 1. Estandarización de la sustancia valorante, nitrato de plata (AgNO3). Volumen solución de NaCl 0,01N (mL) 10 10

Volumen de Titulante gastado (mL) 10,2 10,1

Los datos anteriores fueron obtenidos al realizar en dos ocasiones la estandarización de la solución valorante, nitrato de plata. La solución de cloruro de sodio actúa como patrón primario en el proceso de estandarización de la solución valorante. Promedio volumen solución de cloruro de sodio (NaCl) 0,01N (mL):

´ = ∑ X (1) X n ´ = 10 mL + 10 mL X 2 ´ =10 mL X Promedio volumen de titulante (AgNO3) gastado (mL):

´ = 10.2 mL +10.1 mL X 2 ´ =10.15mL X Concentración real de solución titulante (N):

N AgNO = 3

V NaCl × N NaCl (2) V AgNO 3

Dónde:

V NaCl , es el volumen de la solución de cloruro de sodio 0,01N gastados en el procedimiento de estandarización. N NaCl , es la concentración normal de la solución de cloruro de sodio utilizada en el procedimiento de estandarización. V AgNO , es el volumen de la solución de nitrato de plata gastado en el procedimiento de estandarización. N AgNO , es la concentración normal corregida de la solución de nitrato de plata. 3

3

10 mL × 0.014 N 10.15 mL N AgNO =0.01379 N N AgNO = 3

3

Error relativo:

Er =

|

X 0− X r ∗100 (3) Xr

|

|

|

Er = 0.01379−0,014 ∗100 0,014 Er =1.5 % Error absoluto:

E AB=| X 0− X r|(4) E AB=| 0,01379−0,014| E AB=0.00021

2) Determinación de cloruros en muestra de agua: Tabla 2. Determinación de cloruro en muestra problema. Réplica 1 2

Volumen de Titulante gastado (mL) 2.8 2.9

Datos de volumen de solución titulante usado obtenidos al realizar la respectiva titulación a la muestra problema. La valoración se hizo por duplicado usando la solución de cloruro de plata previamente estandarizada. Tabla 3. Determinación de cloruros en blanco. Volumen de Titulante gastado (mL) 1 0,2 2 0,3 Datos de volumen de titulante gastado al realizar la valoración con agua destilada como blanco. Al igual que con la muestra problema, se realizaron dos valoraciones al blanco y se determinó el volumen de cloruro de plata utilizado. Réplica

Promedio volumen de titulante (AgNO3) gastado (mL) en la muestra problema:

´ = 2.8 mL +2.9 mL X 2 ´ =2.85 mL X Promedio volumen de titulante (AgNO3) gastado (mL) en el blanco:

´ = 0.2 mL + 0.3 mL X 2 ´ =0.25 mL X Concentración de cloruros Cl- en mg/L en la muestra problema:

( A −B )×C × 35450 (5) −¿= Volumen muestra(mL) mg ¿ Cl L Donde: A es el volumen de nitrato de plata gastado en la titulación de la muestra (mL). B es el volumen de nitrato de plata gastado en la titulación del blanco (mL). C es la normalidad del nitrato de plata estandarizada.

( 2.85 mL−0.25 mL ) × 0.01379 N ×35450 −¿= 10 mL mg ¿ Cl L −¿ =127.1 mg ¿ Cl L

Discusión de resultados Durante la respectiva determinación de la concentración (mg/L) de cloruros en una muestra de agua se observa que es esencial estandarizar el agente valorante en este caso el nitrato de plata, la cual se hace a través del uso de una solución patrón cloruro de sodio la cual permite que se obtengan valores confiables durante la ejecución de dicho proceso y a partir de la finalización del mismo se prosigue con el estudio del objetivo principal de la práctica. Al realizar la estandarización de la solución titulante de nitrato de plata, se pudo determinar que está no presenta un valor muy lejano al teórico, ya que el valor del porcentaje de error relativo calculado es de 1.5% y de error absoluto es de 0.0021, lo que indica que no hay una gran dispersión entre el valor real y el teórico. En las réplicas realizadas en la valoración de la muestra problema no se observa una gran diferencia entre los datos obtenidos de volumen de solución titulante utilizada, por lo que se puede afirmar que el proceso de valoración de esta fue exitoso ya que no se presentó una variación importante entre estos dos valores. La concentración de cloruros (mg/L) obtenida en la muestra de agua fue de 127,1, esto nos indica que dicha muestra cumple con los parámetros establecidos por la norma nacional para la determinación de cloruros en agua, la cual indica que la concentración máxima de dichos iones es

de 250mg/L. Es por ello que se deduce que dicha agua cumple con las normas y decretos establecidos para caracterizar a un agua como de calidad.

Conclusiones Es esencial determinar de manera correcta los cálculos para la preparación de soluciones (valorante y muestra problema), debido a que los mismos son de gran importancia ya que de ellos depende que tan lejos este el valor experimental del teórico. La caracterización de la solución primaria (cloruro de sodio) es esencial ya que de esta depende que tan rápida sea la reacción y estequiometria con el titulante; es por ello que se debe revisar su composición y pureza antes de hacer uso del misma. Debido a que durante el proceso de titulación por precipitación se busca valorar una sustancia con presencia de cloruros, se debe hacer uso de un valorante que permita dicha precipitación como lo es el nitrato de plata y por lo tanto el uso de un indicador adecuado el cual se encargará de demostrar el viraje de color en la solución cuando se presente la variación del pH alcanzando el punto estequiométrico. Debido a esto, se hace uso del indicador cromato de potasio, ya que este presenta el viraje de color al momento de que se obtiene el precipitado de cloruro de plata (precipitado principal), y de esta manera indica el momento en el cual se alcanza el punto final de la titulación al haber adicionado un determinado volumen del titulante. El método de Mohr es un método ideal en la determinación de cloruros y bromuros en agua, ya que permite determinar la cantidad de estos presentes en el agua usando cromato de potasio. Este consiste en realizar la valoración de la muestra a analizar hasta que se presente un viraje en la coloración del titulante (cromato de potasio) a color rojo. La determinación de cloruros en agua se realiza con el fin de conocer si ésta cumple con la norma exigida de límite máximo de estos iones, ya que, de tener un valor mayor al exigido, puede generar efectos perjudiciales en la salud. Por lo tanto, si no se cumple la norma, se considera que la agua no ha sido correctamente tratada para consumir o que se trata aguas de tipos residuales o con altos niveles de contaminación por agentes externos como residuos industriales o contaminación por el hombre.

Cuestionario 1) Investigue en la norma de aguas el valor permitido de cloruro y compare con los resultados obtenidos en el laboratorio. ¿Están muy altos los valores? ¿Qué factores influyen en la presencia de cloruros en agua? ¿El agua es de buena calidad? ¿Qué observaciones puede hacer? Según el Real Decreto 140/2003, el valor máximo aceptable de cloruros Cl - en agua es de 250mg/L. Teniendo en cuenta este valor exigido, y al compararlo con el valor obtenido experimentalmente, se puede afirmar que la muestra de gua analizada en el laboratorio no supera este valor, y que por lo tanto el agua es de buena calidad, ya que el valor obtenido de cloruros en la muestra analizada fue de 127.1mg/L. [2] [5]

Algunos factores que pueden influir en la presencia de este ión en el agua pueden ser la contaminación generada por las actividades humanas, también puede depender de la ubicación geográfica del agua que se analice, ya que en un ambiente que sea poco habitado por los humanos, el nivel de cloruros presentes en al agua será considerablemente menor que en lugares en los que sí hay presencia humana. 2) ¿Qué reacciones se llevan a cabo durante la práctica? Anótelas y descríbalas. En el proceso de estandarización de la solución titulante se lleva a cabo la siguiente reacción:

NaCl(ac) + AgN O 3 (ac) → AgCl( s) ↓ + NaN O 3 (ac ) Este tipo de reacción es de doble sustitución, ya que en los productos se puede observar que el catión de sodio en el patrón primario (NaCl) es sustituido por el de plata, y este a su vez es sustituido por el sodio en el nitrato de plata, obteniendo los productos cloruro de plata y nitrato de sodio respectivamente. [6] En la determinación de cloruros en el agua se produce la siguiente reacción:

4 AgN O3 (ac )+K 2 Cr O4 (ac )+2 NaCl (ac ) →2 AgCl ( s) ↓+ Ag2 Cr O4 (s)↓ +2 Na NO3 ( ac) +2 KN O3 (ac) En esta reacción, se determina la presencia de cloruros en la muestra de agua analizada por la precipitación del cloruro de plata producido, el cual tendrá una coloración blanca. Una vez se haya producido el precipitado del cloruro de plata, la reacción restante producirá cromato de plata, por lo que la reacción general que se da es la siguiente:

2 AgN O3(ac )+ K 2 Cr O 4(ac) → Ag2 Cr O4 ( s) ↓+2 KN O 3(ac) La reacción anterior es posible debido a que los iones cloruro presentes en la muestra de agua ya habrán reaccionado con el nitrato de plata, y por lo tanto la reacción continua pero con el cromato de potasio, produciendo un precipitado de cromato de plata, el cual tendrá una coloración rojiza, y nitrato de plata. [6] 3) ¿Qué importancia tiene los electrolitos en el agua? Los electrolitos son aquellos minerales (calcio, sodio, magnesio, potasio, cloruro y fosfato) que se encuentran el cuerpo y que tienen cierta carga eléctrica, estos son esenciales debido a que, al disociarse completamente en el agua por ser electrolitos fuertes, es decir, son aquellos que se disocian en gran proporción y existen exclusivamente en forma de iones en solución acuosa y por ello son buenos conductores de corriente eléctrica [7], [8]. Es por ello que cuando el agua potable cuenta con electrolitos en su composición permite que el cuerpo recupere el agua perdida por las actividades realizadas, suministra energía y por último ayuda a recuperar las sales perdidas a través del sudor [9]. 4) ¿Qué otros métodos analíticos se pueden emplear para determinar cloruros? Descríbalos brevemente.

Para determinar cloruros en aguas débilmente contaminadas se pueden ejecutar los siguientes métodos analíticos:

Espectrometría de absorción molecular: Esta técnica está basada en la medición de absorción de radiación U.V. o visible por determinadas moléculas. La radiación correspondiente a estas regiones del espectro electromagnético provoca transiciones electrónicas a longitudes de ondas características de la estructura molecular de un compuesto [10].

Método de Mohr: Este método se basa en una valoración con nitrato de plata utilizando como indicador cromato de potasio. La plata reacciona con los cloruros para formar un precipitado de cloruro de plata de color blanco. En las inmediaciones del punto de equivalencia al agotarse el ión cloruro, empieza la precipitación del cromato. La formación de cromato de plata puede identificarse por el cambio de color de la disolución a anaranjado-rojizo, así como en la forma del precipitado y en ese momento se da por terminado la valoración [11]. Cromatografía iónica (IC): Es un proceso que permite la separación de iones y moléculas polares, basado en las propiedades de carga de las moléculas. La solución (muestra) debe inyectarse y los componentes separados individualmente son llamados analitos. En este caso, los analitos a analizar son cationes (sodio, potasio, magnesio, calcio) y aniones (cloruros, bromuros, sulfatos) [12]. Para determinar cloruros en aguas naturales, residuales e industriales se pueden ejecutar los siguientes métodos analíticos: Método de Mohr: Este método se basa en una valoración con nitrato de plata utilizando como indicador cromato de potasio. La plata reacciona con los cloruros para formar un precipitado de cloruro de plata de color blanco. En las inmediaciones del punto de equivalencia al agotarse el ión cloruro, empieza la precipitación del cromato. La formación de cromato de plata puede identificarse por el cambio de color de la disolución a anaranjado-rojizo, así como en la forma del precipitado y en ese momento se da por terminado la valoración [11]. Cromatografía iónica (IC): Es un proceso que permite la separación de iones y moléculas polares, basado en las propiedades de carga de las moléculas. La solución (muestra) debe inyectarse y los componentes separados individualmente son llamados analitos. En este caso, los analitos a analizar son cationes (sodio, potasio, magnesio, calcio) y aniones (cloruros, bromuros, sulfatos) [12]. Método fotométrico: Este se basa en analizar las longitudes de onda de los fotones que se emiten por los átomos durante la transición desde el estado excitado a un estado de menor energía. Para lograr que los átomos se encuentren en un estado excitado, se calienta la muestra a temperatura alta a través de una llama, esto produce excitaciones como consecuencia de las colisiones entre los átomos de la muestra cuando adquieren energía debido a la llama [13]. 5) ¿Por qué se utiliza el cromato de potasio como solución indicadora?

El cromato de potasio es una sal ternaria de potasio con cromo (estado de oxidación +6) y es por ello que es un fuerte oxidante. Este indicador es usado en la argentometría debido a que, al ser un indicador, sensible, estable y en agua permite que al estar en solución con los cloruros se dé inicio a la respectiva precipitación de los mismos y cuando esta finalice este lo indicara a través del respectivo viraje de color (amarillo a rojo ladrillo). 6) Indique los procedimientos más adecuados para el tratamiento de los residuos químicos producidos durante la práctica realizada. Los residuos producidos en la determinación de cloruros en el agua se deben almacenar en un frasco ámbar, en los cuales habrá presencia de trazas precipitadas de sal de Nitrato de Plata y de la solución de cromato de Potasio. El procedimiento para el tratamiento de residuos producidos en la práctica son los siguientes: a) Adición de la solución de nitrato de plata 0.1N: Este procedimiento se puede realizar directamente en el frasco de los residuos. Para conocer el volumen de la solución de nitrato de plata requerido para tratar el cromato de potasio, se debe realizar el siguiente cálculo:

V AgNO 0.1 N (mL )= 3

¿determinaciones × 0.05 × 2 × 1000 194.19 × 0.1

Ó también

V AgNO 0.1 N (mL )= 3

¿determinaciones × 100 19.419

Donde el número de determinaciones es igual al volumen de cromato de potasio en mililitros. La solución de nitrado de plata se adiciona al residuo y se deja sedimentar el precipitado dentro del frasco alrededor de dos horas. Se debe extraer un pequeño volumen de la solución remanente en vaso de precipitado de 100mL y se observa su coloración. Si la coloración es amarilla, se debe adicionar un exceso pequeño de la solución de nitrato de plata por las paredes del vaso. Si la solución se sigue tornando de color rojo, significa que se requiere una leve adición de nitrado de plata a la solución. [6] b) Filtración del cromato sedimentado: El cromato de plata producido en el análisis se precipita en el fondo del vaso, pero aun así, habrá presencia de sólidos en suspensión. Para tratar estos residuos sólidos, se realiza lo siguiente: se prepara un montaje de filtración usando un embudo de vidrio con papel filtro, y un erlenmeyer de 500mL el cual se encargará de recibir el filtrado. Una vez se haya iniciado el proceso de filtración y se hayan recolectado los primero 500mL de filtrado, se cambia el erlenmeyer, y se continúa con el proceso de filtrado bajo agitación constante para dispersar el precipitado, y se coloca el papel filtro. [6] c) Neutralización de la solución y secado del precipitado: Ya que se haya filtrado todo el precipitado posible, se mide el pH del líquido remanente haciendo uso del potenciómetro. Si el pH es menor a 6, se debe neutralizar con una solución de hidróxido de potasio 0.1N, de tal manera que el pH sea de 7. Si no se dispone de potenciómetro, se puede hacer uso de fenolftaleína.

El precipitado obtenido en el papel filtro se deja en el embudo y se coloca con cuidado en una estufa a 110°C por al menos una hora. Si el sólido aún presenta humedad, y el papel no se incinera, el secado en la estufa continúa con observaciones cada 10 minutos. El papel filtro se lleva cuidadosamente a un desecador y se deja enfriar hasta el día siguiente. [6] d) Recolección del cromato de plata precipitado: Se retira el papel filtro del embudo y se abre cuidadosamente. El precipitado se guarda en un frasco hermético. El papel filtro utilizado se debe almacenar en una bolsa roja para disposición especial. [6] e) Retención y envío de cromato de plata como residuo: Este procedimiento se debe realizar en periodos de un año, ya que la cantidad de cromato precipitado no es suficientemente grande como para enviar cada vez que se realiza el tratamiento. Los frascos que contienen el cromato precipitado y la bolsa con los residuos del papel filtro se deben rotular adecuadamente. [6]

Referencias [1] Cloruros. [Ebook] (p. 1...