ACIDEZ Y ALCALINIDAD EN AGUAS NATURALES Y RESIDUALES

Transcripción

1 ACIDEZ Y ALCALINIDAD EN AGUAS NATURALES Y RESIDUALES Se asume que usted trabaja en un laboratorio de análisis de agua y está por recibir un lote de muestras (15 muestras) de descargas industriales y deberá determinar la acidez o alcalinidad de las mismas. Para ello cuenta con este método de análisis. El método es una Norma Oficial Mexicana y se ha respetado la redacción de la misma; sin embargo usted debe traducir este método a protocolo de trabajo adecuado a su laboratorio. El protocolo de trabajo deberá conformarse como un análisis de tiempos y movimientos de manera que exista una coherencia en el desarrollo del mismo. El protocolo deberá indicar todo aquello que requiera para llevar a cabo el análisis de las muestras que recibirá. Lo mas conveniente es traducir el método a un diagrama de flujo en el cual se ordenen todos los pasos a seguir. Método: 1.0 Equipos y Materiales Sólo se mencionan los equipos y materiales que son relevantes en este método analítico. Todo el material volumétrico utilizado en este método debe ser clase A con certificado o estar verificada su calibración. 1.1 Equipos e instrumentos: Equipo de acondicionamiento de muestras: Agitador magnético Balanza analítica con una precisión de 0.1 mg Equipo de medición: Potenciómetro Utilice un medidor de ph con reproducibilidad conocida, con una escala de 0 a 14 y dotado de un ajuste compensador de la temperatura. 1.2 Materiales: Material de acondicionamiento de muestras: Matraces Erlenmeyer de 250 ml Material de medición: Buretas de 25 ó 50 ml con divisiones de 0.1 ml Electrodo combinado para ph Barra magnética de teflón 2.0 Reactivos y Patrones A menos que se indique otro grado, los reactivos que requiere el método deben ser tipo ACS (American Chemical Society) grado reactivo analítico. 2.1 Reactivos y disoluciones:

2 2.1.1 Reactivos Agua A menos que otra cosa se indique, el agua de referencia debe cumplir con las siguientes características: Resistividad: megohm-cm a 25ºC: 0.2 Máxima Conductividad: µs/cm a 25ºC: 5.0 Máxima ph: 5.0 a Ácido clorhídrico concentrado [HCl] Ácido sulfúrico concentrado [H 2 SO 4 ] Agua libre de CO 2 Prepare todas las disoluciones con agua de dilución preparada con agua destilada o desionizada que ha sido hervida recientemente durante 15 min y enfriada a temperatura ambiente. Al final el ph del agua deberá ser 6 y su conductividad < 2 µmhos/cm Hidróxido de sodio [NaOH] Peróxido de hidrógeno [H 2 O 2 ] al 30 % v/v Tiosulfato de sodio pentahidratado [Na 2 S 2 O 3 5H 2 O] Etanol Naranja de metilo Fenolftaleína Cloroformo [CHCl 3 ] Carbonato de sodio anhidro (Na 2 CO 3 ) Biftalato de potasio (KHC 8 H 4 O 4 ) Disoluciones: Disolución de ácido sulfúrico o ácido clorhídrico (0.1N) Añada cuidadosamente 8.3 ml de HCl concentrado ó 2.8 ml de H 2 SO 4 concentrado a 500 ml de agua libre de CO 2 y diluya a 1-L con la misma. Agite por un minuto para homogeneizar Disolución de ácido sulfúrico o ácido clorhídrico (0.02 N) Transfiera 200 ml de la disolución de HCl ó H 2 SO N (Sección ) a un matraz de 1-L. Diluya con agua y estandarice la disolución. a) Estandarización del H 2 SO N Pese aproximadamente g de carbonato de sodio previamente secado a 120 o C y anote exactamente el peso, agregue 100 ml de agua libre de CO 2, agite hasta disolución y titule con el ácido a valorar hasta un ph de 6 y siga titulando, detenga la titulación al punto de equivalencia (ph 4.5). Repita 3 veces el procedimiento anterior y calcule la normalidad del H 2 SO 4 con la siguiente ecuación: Ecuación 1: N (H 2 SO 4 ) = Peso Na 2 CO 3 2

3 0.053*(mL H 2 SO 4 ) N = Normalidad del ácido sulfúrico usado, equivalentes/l Disolución de hidróxido de sodio (0.1 N) Pese aproximadamente pero con precisión 4.0 g de hidróxido de sodio y diluya a 1-L Disolución de hidróxido de sodio 0.02 N Transfiera 200 ml de la disolución de NaOH 0.1N a un matraz volumétrico de 1-L. Afore al volumen con agua y estandarice la disolución. a) Estandarización del NaOH 0.02 N Triture 1.5 a 2 g del estándar primario de biftalato de potasio (KHC 8 H 4 O 4 ) y seque a 120 o C por dos horas. Enfríe en desecador. Pese ± g. Transfiera a un matraz Erlenmeyer y diluya con aproximadamente 100 ml de agua, calcule la normalidad del NaOH con la siguiente ecuación: Ecuación 2: (N B ) = (A*B)/(204.2*C) N B = Normalidad del NaOH usado, equivalentes/l A = Peso de KHC 8 H 4 O 4 colocados en el matraz Erlenmeyer B = ml de KHC 8 H 4 O 4 utilizados para la titulación C = ml de NaOH usados Disolución de tiosulfato de sodio 0.1 M Pese aproximadamente pero con precisión 25.0 g de Na 2 S 2 O 3 5H 2 O, disuelva con agua y diluya a 1-L (agregue 5 ml de cloroformo como conservador) Disolución indicadora de naranja de metilo Pese aproximadamente pero con precisión 0.5 g de la forma ácida del colorante y lleve a 1-L con agua. Filtre la disolución fría para remover cualquier precipitado que se forme Disolución indicadora de fenolftaleína Pese aproximadamente pero con precisión 5.0 g de fenolftaleína y disuelva a 500 ml con etanol, añada 500 ml de agua con agitación constante. Filtre si hay formación de precipitado. 2.2 Patrones y disoluciones: Reactivos: Esta sección no aplica al presente método. 3

4 2.2.2 Disoluciones: Esta sección no aplica al presente método. 3.0 Recolección, Preservación y Almacenamiento de Muestras 3.1 Cantidad de muestra Recolecte 1000 ml de muestra en frascos de vidrio o polietileno. Siempre enjuague el frasco con una porción de la muestra. 3.2 Tratamiento en campo Llene las botellas completamente y tape herméticamente ya que las muestras de aguas residuales pueden estar sujetas a la acción microbiana y a pérdidas o ganancias de CO 2 u otros gases cuando se exponen al aire. Evite la agitación de la muestra y su exposición prolongada al aire. 3.3 Preservación Refrigere a 4ºC hasta su análisis. 3.4 Tiempo Máximo Previo al Análisis El tiempo máximo previo al análisis es de 14 días. 4.0 Calibración 4.1 Calibración: Calibración del Potenciómetro La calibración debe hacerse antes de iniciar cualquier lote de análisis Siga las instrucciones del fabricante del equipo para su estabilización y operación Calibre el equipo con disoluciones amortiguadoras de ph de 4, 7 y Procedimiento 5.1 Acondicionamiento: En caso de estar presente, elimine la interferencia del cloro residual, añadiendo 0.1 ml de la disolución de tiosulfato de sodio 0.1 M Tratamiento con peróxido de hidrógeno caliente para las muestras de acidez Las muestras de desechos industriales, drenajes ácidos de minas u otras descargas que contengan cantidades mayores de 10 mg/l de iones metálicos hidrolizables, tales como hierro, aluminio, manganeso, deben tratarse con peróxido de hidrógeno caliente para asegurar la oxidación de cualquier forma reducida de cationes polivalentes y acelerar su hidrólisis. Este tratamiento con peróxido caliente consiste en pasar 100 ml de muestra a un matraz Erlenmeyer. Medir el ph con el potenciómetro. Si el ph está alrededor de 4.0 adicionar 5.0 ml de la disolución de ácido sulfúrico 0.02 N hasta reducir el ph a menos de 4. Remueva los electrodos y adicione 5 gotas de H 2 O 2 al 30 % y hierva la muestra 4

5 de 2 a 5 min. Enfríe a temperatura ambiente y titule con hidróxido de sodio hasta un ph de 8.3, al volumen titulado, disminuya los 5.0 ml agregados inicialmente, reporte la incidencia en el reporte final. 5.2 Titulación: Acidez total: Método con indicador: a) Transfiera 100 ml de muestra en un vaso de precipitado de 250 ml. b) Adicione 2 gotas de disoluciones indicadoras de fenolftaleína y de naranja de metilo. c) Titule con la disolución de hidróxido de sodio (0.02 N) valorada hasta el vire del naranja de metilo. d) Continúe con la titulación hasta alcanzar el vire de la fenolftaleína. e) Registre los volúmenes para ambos puntos finales. f) Calcule por separado la acidez, tomando en cuenta el vire de los dos indicadores Método potenciométrico: a) Transfiera 100 ml de la muestra en un vaso de precipitado de 250 ml. b) Introduzca la barra magnética. c) Inicie la agitación y titule con la disolución de hidróxido de sodio (0.02 N) valorada utilizando el potenciómetro, registre la lectura inicial de ph y titule hasta alcanzar un valor de ph de 8.3. Registre y grafique simultáneamente el volumen gastado contra el ph Alcalinidad: Método con indicadores: a) Transfiera 100 ml de la muestra a un matraz Erlenmeyer de 250 ml. b) Adicione 2 gotas de la disolución indicadora de fenolftaleína. c) Titule con la disolución valorada de ácido (0.02 N) hasta el vire de la fenolftaleína (registre los ml gastados). Adicione 2 gotas de la disolución indicadora de naranja de metilo. d) Continúe con la titulación hasta alcanzar el vire de naranja del metilo. e) Calcule por separado la alcalinidad, tomando en cuenta el vire de los dos indicadores Método potenciométrico: a) Transfiera 100 ml de la muestra a un vaso de precipitados. b) Introduzca la barra magnética. c) Inicie la agitación y titule con la disolución de ácido 5

6 (0.02 N) valorada utilizando el potenciómetro, registre la lectura inicial de ph y titule hasta alcanzar un ph de 4.5. Registre y grafique simultáneamente el volumen gastado contra el ph. 6.0 Cálculos 6.1 Calcule la acidez como CaCO 3 en mg /L mediante la siguiente ecuación: Ecuación 3: Acidez como CaCO 3 en mg/l = [(A x B)] - (C x D)(50)(1,000) 100 A= Volumen de NaOH utilizado al vire de la fenolftaleína B = Normalidad de la disolución de NaOH (ph = 8.3) C = ml de H 2 SO 4 utilizados en el tratamiento con peróxido D = Normalidad del H 2 SO 4 utilizado 50 = Factor para convertir eq/l a mg CaCO 3 /L 1,000 = Factor para convertir ml a L. 6.2 Calcule la alcalinidad como CaCO 3 en mg /L, mediante la siguiente ecuación: Ecuación 4: Alcalinidad como CaCO 3 en mg /L = (A)(N)(50)(1,000) 100 A= Volumen total gastado de ácido en la titulación al vire de naranja de metilo N = Normalidad de la disolución de ácido (ph = 4.5) 50 = Factor para convertir eq/l a mg CaCO 3 /L 1,000 = Factor para convertir ml a L. 6.4 Si se requieren acidez o alcalinidad parcial (Tabla 1), sustituya A por el volumen de la disolución titulante. 6.5 Reporte los resultados como acidez y/o alcalinidad en mg CaCO 3 /L indicando la precisión de la medición. 6