Práctica No. 1 Características químicas

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1 Práctica No. 1 Características químicas Objetivo: Comprender la importancia de los límites máximos permisibles de las características químicas y determinar la concentración de algunos constituyentes químicos en diferentes muestras de agua. Introducción El abastecimiento de agua debe provenir de la mejor fuente disponible, si no puede protegerse adecuadamente debe tratarse para asegurar su potabilidad. Los posibles riesgos para la salud deben identificarse mediante evaluaciones sanitarias y realizar las acciones convenientes para eliminarlos. La aprobación de los sistemas de agua está sujeta a las siguientes condiciones: estricta aplicación de las reglas y precauciones sanitarias operación apropiada por el personal calificado capacidad adecuada para satisfacer la demanda máxima registro confiable de los resultados analíticos apego a las normas de calidad Al organismo abastecedor se le hace responsable de la calidad del agua, desde la fuente hasta la conexión de servicio; de ahí en adelante, al dueño de la propiedad. Las características químicas importantes deben determinarse por lo menos dos veces al año de acuerdo con las autoridades encargadas de la certificación. Se requieren análisis más frecuentes cuando existen dudas sobre la estabilidad de los valores registrados o cuando el abastecimiento se trata con fluoruros. El muestreo específico puede ser menos frecuente cuando existe buena evidencia de la invariabilidad en las sustancias que interesan. Los múltiples compuestos químicos disueltos en el agua pueden ser de orígenes natural o industrial; benéfico o dañino de acuerdo con su composición y concentración. Por ejemplo, las cantidades pequeñas de hierro y manganeso no sólo dan color, también se oxidan para formar depósitos de hidróxido férrico y óxido de manganeso en tuberías de agua y equipos industriales. Estos depósitos reducen el área efectiva de flujo en los tubos y su solución es costosa. Cobre El cobre se puede encontrar presente después del tratamiento de las aguas como sulfato de cobre, para el control de plancton y de otras formas acuáticas. También el paso del agua en las tuberías y accesorios de cobre o bronce puede disolverlos. Se sabe de casos en los cuales pequeñas cantidades de cobre presentes en el agua, han impartido manchas verdes a los recipientes de porcelana. 2-14

2 Cloro libre El cloro ha sido usado principalmente como desinfectante para el control de microorganismos en aguas de consumo, aguas residuales, piscinas, lodos, etc., así como oxidante para el hierro y manganeso; para el control de olores y sabores, oxidación de sulfuros, remoción de amoniaco y color, y oxidación de cianuros. Tanto el cloro elemental gaseoso como el líquido reaccionan con el agua de la siguiente forma: Cl2 H2O HOCl H El ácido hipocloroso se ioniza par formar ion hipoclorito: Cl HOCl OCl H Las especies HOCl y OCl en el agua constituyen lo que se denomina cloro libre disponible o residual de cloro libre Hierro y Manganeso Tanto el hierro como el manganeso crean problemas en la calidad del suministro de agua. En general estos problemas son más comunes en aguas subterráneas y en aguas del hipolimnio de lagos estratificados; en algunos casos también en aguas superficiales provenientes de algunos ríos y embalses. El hierro existe en el suelo y minerales principalmente como óxido férrico insoluble y sulfuro de hierro, pirita. En algunas áreas se presenta también como carbonato ferroso o siderita, el cual es muy poco soluble. Como las aguas subterráneas contienen cantidades apreciables de CO2, producidas por la oxidación bacterial de la materia orgánica con la cual el agua entra en contacto, se pueden disolver cantidades apreciables de carbonato ferroso mediante la siguiente reacción: FeCO 3 CO2 H2O Fe HCO3 de la misma manera que se disuelven carbonatos de calcio y magnesio. Sin embargo, los problemas con el hierro predominan cuando éste está presente en el suelo como compuestos férricos insolubles. Si existe oxígeno disuelto en el agua, la solución del hierro de tales suelos con el agua no ocurre, aun en presencia de suficiente CO2, pero, en condiciones anaerobias, el hierro férrico es reducido a hierro ferroso y la solución ocurre sin ninguna dificultad. Al ser expuestas al aire las aguas con hierro y manganeso, por acción del oxígeno, se hacen turbias e inaceptables estéticamente debido a la oxidación del hierro y manganeso solubles en Fe +++ y Mn 4+, los cuales forman precipitados coloidales. La tasa de oxidación es lenta y por ello el hierro y el manganeso solubles pueden persistir por algún tiempo en agua aireada; esto es generalmente válido para el hierro cuando el ph es menor de 6 y para el manganeso cuando el ph es menor de

3 4 Fe 8HCO3 2H2O O2 4Fe(OH) 3 8CO2 La conversión anterior del hierro al estado férrico remueve alcalinidad reemplazándola por CO2 y puede tener un efecto pronunciado sobre el ph del agua. De la misma manera, puede presentarse un efecto similar por la oxidación del manganeso: 2 Mn 4HCO3 2H2O O2 2Mn(OH) 4 4CO2 En aguas superficiales las concentraciones de hierro son generalmente bajas, menores de 1 mg/l. Las aguas subterráneas, por el contrario, pueden contener cantidades apreciables de hierro, comúnmente hasta 10 mg/l, raras veces hasta 50 mg/l en aguas anóxicas 1 con baja alcalinidad. El hierro en bajas concentraciones da sabores metálicos al agua. Hasta donde se conoce, el consumo humano de aguas con hierro no tiene efectos nocivos para la salud. En estudios de nuevas fuentes de abastecimiento de agua, especialmente de aguas subterráneas, la determinación de hierro es muy importante. Contenidos de hierro en exceso de 0.3 mg/l son objetables. La determinación del hierro es también útil en el control de la corrosión de tuberías de hierro fundido o de hierro galvanizado, en las que aguas corrosivas producen problemas de enrojecimiento o coloración. El manganeso produce problemas de manchas en la ropa, similares a las del hierro, excepto que las manchas y los depósitos son más oscuros y con frecuencia más persistentes. El manganeso existe en el suelo principalmente como dióxido de manganeso, el cual es muy insoluble en aguas que contienen dióxido de carbono. Bajo condiciones anaerobias, el manganeso en la forma de dióxido es reducido de una valencia +4 a una valencia +2 y se presenta en solución de la misma manera que con los óxidos férricos. Los problemas se acentúan porque el manganeso rara vez se presenta en forma aislada, pero si por lo general en aguas de pozos. El contenido de manganeso es normalmente bajo, en general menor de 0.2 mg/l, aunque en aguas subterráneas es común encontrar concentraciones hasta de 1 mg/l. Resulta indispensable su eliminación cuando éste alcanza un nivel objetable, que puede ser tan bajo como 0.1 mg/l. Tanto el hierro como el manganeso interfieren las operaciones de lavado, imparten tinciones indeseables a los muebles y aparatos sanitarios, causan incrustaciones en las tuberías y dificultades en los sistemas de distribución al estimular crecimientos de bacterias del hierro: Crenothrix, Leptothrix, Galionella, y del manganeso: Sphaerotilus, Leptohtrix; por lo que ocasionan una alta demanda de cloro. 1 Aguas carentes de oxígeno disuelto. 2-16

4 El hierro y el manganeso, además, en bajas concentraciones, imparten sabores metálicos al agua. Hasta donde se conoce, el consumo de aguas con estos elementos no tiene efectos nocivos para la salud. Material, Equipo y Reactivos Espectrofotómetro, Spectronic 20 Estuches para determinación de cobre, cloro libre, hierro y manganeso. Procedimiento Método colorimétrico instrumental usando el spectronic 20. Calibración del espectrofotómetro a. Encender el aparato y dejarlo calentar durante 30 minutos. b. Colocar el aparato en la longitud de onda correspondiente para el parámetro a determinar: Parámetro Longitud de onda (nm) Cloro libre 530 Cobre 560 Hierro 510 Manganeso 525 c. Colocar una celda vacía en el aparato y ajustar a infinito en la escala de absorbancia. (perilla izquierda) d. Colocar una celda con agua destilada en el aparato y ajustarlo a cero en la escala de absorbancia. (perilla derecha) Determinación de algunos constituyentes químicos del agua Cobre 1. Llenar el frasco de vidrio con agua de muestra hasta los 10 ml. 2. Añadir una ampolleta de bicinconato y agitar para disolver. 3. Esperar 2 minutos. Si la muestra se torna púrpura indica la presencia de cobre en el agua. 4. Calibrar el espectrofotómetro. 5. Introducir la muestra con el reactivo y leer en la escala de absorbancia del aparato. 6. Entrar con el valor del numeral 5 a la curva patrón de la Figura 2.3 y tomar la lectura en mg/l

5 La NOM-127-SSA marca como límite máximo permisible 2.0 mg/l Figura 2.3. Curva patrón para la determinación del cobre. Cloro libre 7. Llenar el frasco de vidrio con agua de muestra hasta los 10 ml. 8. Añadir una ampolleta de reactivo DPD y agitar para disolver. 9. Esperar 1 minuto. Si la muestra se torna rosa indica la presencia de cloro en el agua. 10. Calibrar el espectrofotómetro. 11. Introducir la muestra con el reactivo y leer en la escala de absorbancia del aparato. 12. Entrar con el valor del numeral 11 a la curva patrón de la Figura 2.4 y tomar la lectura en mg/l. * La NOM-127-SSA marca como límite máximo permisible mg/l después de un tiempo de contacto mínimo de 30 min. 2-18

6 Figura 2.4. Curva patrón para la determinación del cloro libre. Hierro 13. Llenar el frasco de vidrio con agua de muestra hasta los 10 ml. 14. Añadir el contenido de una ampolleta de fenantrolina y agitar para disolver. 15. Esperar 4 minutos. Si la muestra se torna naranja indica presencia de hierro en el agua. 16. Calibrar el espectrofotómetro. 17. Introducir la muestra con el reactivo y leer en la escala de absorbancia. 18. Entrar con el valor del numeral 17 a la curva patrón de la Figura 2.5 y tomar la lectura en mg/l. * La NOM-127-SSA marca como límite máximo permisible 0.3 mg/l Figura 2.5. Curva patrón para la determinación del hierro. Manganeso 19. Llenar el frasco de vidrio con agua de muestra hasta los 10 ml. 20. Añadir una ampolleta de amortiguador de citrato y agitar para disolver. 21. Añadir el contenido de una almohadilla de periodato de sodio y mezclar. 22. Esperar de 2 a 10 minutos. Si la muestra se torna rosa - violeta indica presencia de manganeso en el agua. 23. Calibrar el espectrofotómetro. 24. Introducir la muestra con el reactivo y leer en la escala de absorbancia. 25. Entrar con el valor del numeral 23 a la curva patrón de la Figura 2.6 y tomar la lectura en mg/l. * La NOM-127-SSA marca como límite máximo permisible 0.1 mg/l

7 Figura 2.6 Curva patrón para la determinación del manganeso. Resultados Presente en forma tabular los resultados obtenidos. Parámetro Muestra 1 Muestra 2 NOM-127-SSA Cobre Cloro libre Hierro Manganeso Análisis de resultados 1. Compare los resultados obtenidos con los límites máximos permisibles establecidos en la NOM-127-SSA1-1994, y en el caso de que sea necesario proponga el tren de potabilización para reducir los valores de los parámetros de acuerdo con los límites máximos permisibles. 2-20

8 Conclusiones Las características químicas tienden a ser más específicas en su naturaleza que algunos de los parámetros físicos y por eso son más útiles para evaluar las propiedades de una muestra de inmediato. El objetivo se cumplió total o parcialmente? Explique la importancia sanitaria de 8 parámetros químicos que fija la NOM-127-SSA que no incluyan los analizados en la práctica. Actividades y problemas propuestos Investigue que constituyentes del agua pueden causar interferencia con el método colorimétrico instrumental usando en la práctica