LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA I LQ-218. Práctica de Laboratorio No. 10

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE HONDURAS FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA I LQ-218 Práctica de Laboratorio No. 10 DETERMINACIÓN DE LA DUREZA TOTAL Y CÁLCICA DEL AGUA Y DETERMINACIÓN DE CLORUROS EN AGUA CORRIENTE Y PRODUCTO COMPETENCIAS A LOGRAR: a) Determina las partes por millón de carbonato de calcio y magnesio presentes en una muestra de agua. b) Clasifica el agua analizada de acuerdo al grado de dureza c) Determina mediante el método de Mohr las partes por millón de cloruro presentes en una muestra de agua y el %p/p de cloruros en un producto lácteo. MARCO REFERENCIAL Las titulaciones complejométricas se basan en la formación de un complejo (quelato) también se denominan titulaciones quelométricas por su agente quelante. El agente titulante o quelante es un ligando y el analito es un catión metálico (1). Ligando es un ión o molécula que posee pares de electrones sin compartir con los cuales forma enlaces covalentes con los iones metálicos que reacciona. Según la cantidad de enlaces que pueda formar con el catión se le llama número de coordinación (2). El agente titulante más utilizado es el EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) por la formación de complejos más fuertes, esto es, debido a que posee seis grupos donadores de pares de electrones no compartidos en su estructura, dos grupos aminos y cuatro grupos carboxilato. El EDTA no protonado está representado Y -4 y en esta forma es que se usa como agente quelante de iones métalicos (1).

2 Figura 1.1 Estructura del ácido etilendiamino-tetraacético (3). Las soluciones patrón de EDTA se pueden preparar directamente pesando una cantidad de gramos en su forma de sal disódica dihidratada que luego se diluyen en un matraz volumétrico de volumen conocido o se prepara una solución de la sal disódica dihidratada a una concentración aproximada y luego se titula frente a un patrón primario como carbonato de calcio, sulfato de cinc heptahidratado (2). Las soluciones de EDTA son bien utilizadas no solo por formar complejos con todos los cationes sino porque estos son estables y reacciona con ellos en proporción 1:1 independientemente de la carga del catión (2). Figura 1.2 Estructura de un complejo metal/edta (2). Muchos cationes en las valoraciones con EDTA forman precipitados de óxidos, hidróxidos u oxhidratados cuando se aumenta el ph a la solución a valorar para poderse titular exitosamente con EDTA (2). Según Day y Underwood: Indicadores metalocrómicos: Compuestos orgánicos coloridos que forman quelatos con los iones metálicos. El quelato debe tener un color diferente al del indicador libre (4). Uno de los más usados es el negro de eriocromo T. Day y Underwood (4), afirman que: Este indicador forma complejos estables 1:1 que son de color rojo con varios cationes Mg 2+, Ca 2+, Zn 2+, Ni 2+. Muchas de las titulaciones con EDTA se realizan en un

3 amortiguador de ph 8-10, y en este rango la forma predominante del NET es de color azul. Dureza del agua Según Skoog dice que: Históricamente, la dureza del agua se define en términos de la capacidad de los cationes en el agua para reemplazar los iones sodio o potasio en los jabones para formar productos muy poco solubles que producen sarro en el lavabo o la regadera (2). En las aguas naturales los cationes en mayor concentración son el calcio y el magnesio, por lo tanto la concentración se expresa en partes por millón de carbonato de calcio que representa la concentración de todos los cationes multivalentes en la muestra. Determinar la dureza del agua es útil porque proporciona una medida de la calidad de agua a nivel doméstico e industrial (2). Tipos de dureza Dureza temporal: Esta se produce por carbonatos la cual se puede eliminar hirviendo el agua o por la adición de cal (Hidróxido de calcio). El valor recomendado es de 61ppm y un máximo permisible de 180ppm. El bicarbonato de calcio que se forma es menos soluble en agua caliente y provoca la precipitación del carbonato de calcio dejando el agua menos dura (5). Dureza permanente: Esta no se puede ser eliminada al hervir el agua, porque es causada por la presencia del sulfato de calcio y magnesio o cloruros en el agua, y estos son más solubles mientras se eleva la temperatura; es llamada dureza de no carbonato (5). Para la OMS (6), EL valor máximo de ión calcio esta entre 100 y 300ppm dependiendo del anión al que este unido y el magnesio probablemente está en menor concentración que la del calcio. En algunos casos los consumidores de ciertas poblaciones pueden tolerar una dureza mayor a 500ppm.Las consecuencias de una dureza superior a 200ppm involucran formación de incrustaciones en sistemas de distribución, tuberías y depósitos de los edificios además un gasto excesivo de jabón y también formación de restos insolubles de jabón. No se establece un valor de referencia de dureza del agua que se base en los efectos que puede provocar sobre la salud.

4 Tabla 1.1 Clasificación de la dureza por CaCO3 en el agua, Según OMS (5). Las titulaciones de precipitación se basan en reacciones que producen compuestos iónicos ligeramente solubles. El nitrato de plata es el agente precipitante más usado para determinar iones halogenuros, mercaptanos, ácidos grasos y varios aniones inorgánicos divalentes. Las titulaciones que usan nitrato de plata se conocen como titulaciones argentométricas (2). Método de Mohr: Determina iones cloruro, bromuro y cianuro utilizando como indicador una sal de cromato soluble. En la valoración los iones plata reaccionan con el analito presente en la muestra formando un primer precipitado al llegar al punto estequiométrico un exceso de iones plata reacciona con el ión cromato formando un segundo precipitado cromato de plata (Ag2CrO4) de color rojo ladrillo (2). Figura 1.3 Reacciones involucradas en el método de Mohr. Ag + + Cl AgCl Blanco Ag + + CrO 4 2 Ag 2 CrO 4 Rojo ladrillo En la práctica la concentración del indicador debe estar entre M. Si es mayor la coloración amarilla del ión cromato es muy intensa y evita la observación de la coloración rojo ladrillo del precipitado formado en el punto final y se requeriría añadir un exceso de solución valorante para que se viera el precipitado. Este método se necesita realizar a un ph entre 8 y 10, debido a que si la solución es muy ácida ph menor a 6, parte del ión cromato esta protonado HCrO4 - y consumiría más valorante (Ag + ) para formar el precipitado cromato de plata. Y si está a un ph mayor a 10 se puede precipitar hidróxido de plata. El ph se mantiene si se añade a la solución bicarbonato de sodio o carbonato de calcio sólido (1).

5 Como dice la OMS: Cloruros: Las altas concentraciones de cloruro confieren un sabor salado al agua y las bebidas. Hay diversos umbrales gustativos para el anión cloruro en función del catión asociado: los correspondientes al cloruro sódico, potásico y cálcico están en el intervalo de 200 a 300 mg/l. A concentraciones superiores a 250 mg/l es cada vez más probable que los consumidores detecten el sabor del cloruro, pero algunos consumidores pueden acostumbrarse al sabor que produce en concentraciones bajas. No se propone ningún valor de referencia basado en efectos sobre la salud para el cloruro en el agua de consumo (6). MATERIALES Y EQUIPO 3 Erlenmeyers de 250mL 1 Matraz volumétrico 100mL 1 Probeta de 50 ml 1 Perilla de Hule 1 agitador de vidrio 1 bolsa de mantequilla por sección 1 Matraz volumétrico de 250mL por mesón 1 pipeta volumétrica de 5mL 1 pipeta graduada de 25mL 3 Beakers de 100mL 1 Vidrio de reloj 1 Bureta de 50 ml 500mL de agua de tubería de su casa REACTIVOS Carbonato de calcio Bicarbonato de sodio Cromato de potasio 5%P/V Cloruro de potasio y/o sodio (P.P) Solución Nitrato de plata 0.025M Solución buffer amoniacal de ph 10 al 8M Solución patrón de sal disódica de EDTA 0.025M Negro de Eriocromo T y Murexida Sulfato de zinc heptahidratado Hidróxido de Amonio PROCEDIMIENTO: PRÁCTICA 1 Preparación de 50mL de Solución tampón amoniacal al 8M ph= Realizar los cálculos para determinar las cantidades a medir de la solución buffer. 2. Pesar los gramos de NH4Cl en matraz volumétrico de 50mL. 3. Medir en probeta los ml de NH3 concentrado calculados. 4. Adicionar los ml de NH3 al matraz volumétrico y aforar con agua destilada. 5. Homogenizar la solución preparada.

6 Preparación de 100ml de solución de sal sódica de EDTA 0.025M 1. Realizar los cálculos para determinar los gramos de la sal disódica dihidratada de EDTA. 2. Pesar los gramos de la sal disódica de EDTA en matraz volumétrico de 100mL. 3. Aforar con agua destilada y homogenizar la solución preparada. Estandarización de la solución patrón de EDTA 0.025M 1. Pesar 0.15g de ZnSO4.7H2O o 0.05g MgCO3 en un erlenmeyer. 2. Añadir 10mL de Solución buffer ph=10 al 8M. 3. Agregar una pizca de NET (Negro de Eriocromo T). 4. Valorar con solución de la sal sódica de EDTA al 0.025M. Valoración de la muestra de agua (Dureza Total) 1. Tomar 200ml de la muestra A en un erlenmeyer de 250ml. 2. Medir en una probeta 10ml de solución buffer a ph=10 y adicionárselos a la muestra en el erlenmeyer. 3. Agregar aproximadamente 0.05g de indicador negro de Eriocromo T. 4. Llevar la bureta a marca de aforo con la solución de EDTA 0.025M y proceder a titular. 5. Anotar el volumen gastado de la sal sódica EDTA 0.025M. 6. Calcular las ppm de CaCO3. 7. Clasificar la dureza total del agua con ayuda de la tabla que se le proporciona. 8. Repetir el mismo procedimiento para la muestra B. Valoración de la muestra de agua (Dureza Cálcica) 1. Tomar 150ml de la muestra A en un erlenmeyer de 250ml. 2. Añadir 5mL de NaOH al 10% m/v. 3. Agregar una pizca de Murexida (Indicador). 4. Llevar la bureta a marca de aforo con la solución de EDTA 0.025M y proceder a titular. 5. Anotar el volumen gastado de sal sódica de EDTA 0.025M. 6. Calcular las ppm de CaCO3 y las ppm de MgCO3.

7 PRÁCTICA 2 Preparación de la solución de Nitrato de Plata al 0.025M 1. Realizar los cálculos para determinar los gramos de AgNO3 para preparar 100mL al 0.025M. 2. Pesar los gramos de AgNO3 en beaker en la balanza analítica, añadir agua destilada para disolver, una vez disuelto trasvasar al matraz volumétrico de 100mL y aforar con agua destilada y homogenizar la solución. Estandarización de la solución de AgNO3 al 0.025M 1. Cebar y enrasar la bureta con la solución de nitrato de plata preparada. 2. En un erlenmeyer pesar 0.06g de NaCl o KCl patrón primario en balanza analítica y añadir 10mL agua destilada para disolver. 3. Añadir 0.5g NaHCO3. 4. Añadir 1mL de Cromato de potasio al 5%p/v (viraje amarillo-marrón-rojizo). 5. Valorar con la solución de AgNO3 al 0.025M. 6. Determinar la concentración Molar exacta de AgNO3. Valoración de la muestra (Agua corriente) 1. Medir 150mL de la muestra de agua problema en un erlenmeyer y Añadir 0.5g de bicarbonato de sodio. 2. Añadir 1mL de Cromato de potasio al 5%p/v. 3. Valorar con la solución patrón de AgNO3. 4. Determinar las ppm de cloruro en la muestra de agua. Valoración de la muestra (Producto Lácteo semisólido) 1. Pesar 20g de la muestra en un vaso de precipitados, agregar 100mL de agua destilada y agitar la suspensión formada luego dejar en reposo 30mins. 2. Al cabo de este tiempo añadir unas gotas de fenolftaleína y neutralizar con NaOH al 0.1N hasta cambio de coloración. 3. El contenido del beaker, trasvasar cuantitativamente a un matraz volumétrico de 250mL enrasar agitar y filtrar. 4. Tomar una alícuota de 25mL y trasvasar a un erlenmeyer. 5. Añadir 1mL de Cromato de potasio al 5%p/v. 6. Valorar con la solución patrón de AgNO3. 7. Determinar el % de cloruro en la muestra de agua.

8 Valoración del Blanco 1. Medir 50mL de agua destilada y depositarla en un erlenmeyer. 2. Añadir carbonato de calcio para simular la suspensión en el erlenmeyer. 3. Añadir 1mL de Cromato de potasio al 5%. 4. Restar el volumen de valoración menos el volumen del blanco. ASIGNACIONES: 1. Definición de una solución tampón y agua potable 2. 4 Ejemplos de soluciones Buffers Usos del ácido etilendiamino-tetraacético. 4. Rango de concentración de dureza total aceptable en agua potable. 5. Fundamento del método de Volhard incluyendo las reacciones (1/2 pagina). 6. Fundamento del método de Fajans incluyendo las reacciones (1/2 pagina). BIBLIOGRAFÍA 1. Christian GD. Quelatos: EDTA, lo máximo en agentes quelantes para metales. In Christian GD. Química Analítica. Sexta ed. Distrito Federal: McGraw Hill/Interamericana; p , A Skoog D, M West D, F Holler J. Formación de complejos. In A Skoog D, M West D, F Holler J. Fundamentos de quimica analítica. Octava ed. Distrito Federal: Cengage Learning; p. 401, ,413,417,426, Escritos Científicos. Escritos Científicos. [Online]. [cited 2015 Julio Day RA, Underwood AL. Química Analítica Cuantitativa. Quinta ed. Bautista OA, editor.: Prentice Hall Inc.; Rodríguez Zamora J. Parámetros fiscoquímicos de dureza total en calcio y magnesio, ph, conductividad y temperatura del agua potable analizados en conjunto con las asociaciones del acueducto, (ASADAS), de cada distrito de Grecia, cantón de Alajuela, noviembre del Revista Pensamiento Actual Octubre; IX(12-13): p Organización Mundial de la Salud. Guias para la calidad del agua potable: Recomendaciones. Organización Mundial de la Salud. 2006; I: p

9 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE HONDURAS FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA DEPARTAMENTO DE QUIMICA LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA I LQ-218 HOJA DE PROTOCOLO No. 10 Determinación de la dureza total y cálcica del agua y determinación de cloruros en agua corriente y producto lácteo por el método de Mohr SECCIÓN: LU / MA / SA HORA: p.m. FECHA: / /20 GRUPO: Nombre del Analista Nº de Cuenta Nº de Lista 1. Objetivos Descripción del producto Matriz Analizada: Nº de Lote: Características Organolépticas Estado de agregación: Olor: Forma farmacéutica: Color: Técnica: Método de Análisis Procedimientos:

10 HOJA DE PROTOCOLO No. 10 Determinación de la dureza total y cálcica del agua y determinación de cloruros en agua corriente y producto lácteo por el método de Mohr 3. Material y Equipo a utilizar: Marca/ Modelo Reactivos a utilizar: 4. Esquema del procedimiento

11 HOJA DE PROTOCOLO No. 10 Determinación de la dureza total y cálcica del agua y determinación de cloruros en agua corriente y producto lácteo por el método de Mohr 5. Cálculos y resultados Gramos de Sal disódica de EDTA para preparar 100mL de Solución Gramos de ZnSO₄.7H₂O Volumen gastado de sln de la Sal disódica de EDTA Molaridad de la solución de la Sal disódica de EDTA Indicador utilizado Muestra de Agua Volumen de muestra Molaridad de la Sln patrón de EDTA Volumen gastado de sln patrón de EDTA Indicador utilizado A B Muestra de Agua Volumen muestra de Molaridad de la Solución patrón de EDTA Volumen gastado de solución patrón de EDTA Indicador utilizado A B Gramos de nitrato de plata para preparar 100mL de Sln Gramos de NaCl/KCl Volumen gastado de sln de Nitrato de plata Molaridad de la solución de Nitrato de plata Indicador utilizado Muestra Gramos de muestra Dilución Alícuota: Matraz Volumétrico Molaridad de la Solución patrón de nitrato de plata Volumen gastado de solución patrón de nitrato de plata Producto Lácteo Muestra Volumen de muestra Molaridad de la Solución patrón de nitrato de plata Volumen gastado de solución patrón de nitrato de plata Indicador utilizado Agua Corriente

12 HOJA DE PROTOCOLO No. 10 Determinación de la dureza total y cálcica del agua y determinación de cloruros en agua corriente y producto lácteo por el método de Mohr 6. Observaciones Conclusiones Asignaciones: