Laboratorio N 3: Determinación de dureza en aguas - Titulaciones complejométricas: Los ácidos aminopolicarboxílicos son excelentes agentes acomplejantes. El EDTA (ácido etilendiaminotetracético) el más utilizado. No es soluble en agua, por lo cual se usa la sal disódica. Su importancia reside en que forma quelatos 1:1 estables y solubles en agua con un gran número de iones metálicos. Una de las aplicaciones más comunes es la determinación de dureza en aguas. Indicadores metalocrómicos. Son sustancias orgánicas capaces de formar complejos de color intenso con muchos iones metálicos. Dado que estas sustancias pueden reaccionar con H + formando compuestos coloreados (a menudo del mismo color que los complejos metalindicador), es importante controlar el ph de la solución. Durante una titulación directa de un metal con EDTA usando indicadores metalocrómicos (NET, Murexida) como indicadores, se verifican los siguientes hechos. Inicialmente, la mayor parte del metal está presente en forma libre y sólo una pequeña porción está combinada con el indicador añadido, produciéndose una determinada coloración. Al agregar EDTA, este se combina progresivamente con el ión metálico libre. Cuando todo el metal ha formado un complejo, la siguiente gota de solución de EDTA toma el metal del complejo del indicador y se observa el color de la forma no metalizada, lo cual señala el punto final de titulación. El negro de eriocromo T (N.E.T.) muestra virajes de color en base a cambios de ph. A ph entre 7 y 11, el indicador adopta el color azul. Los complejos metal-indicador son de color rojo, impartiendo a la solución un tono rojizo antes de iniciarse la titulación. En el punto de equivalencia, al destruirse el complejo metal-indicador, el color de solución vira del rojo al azul. La oxidación al aire del NET en la solución que se titula es catalizada por varios iones metálicos, incluyendo el Cu +2 y Mn +2. Para evitar interferencias se puede agregar alrededor de 1 g de ácido ascórbico a la solución antes de la titulación. La murexida: el viraje de este indicador es de amarillo anaranjado a violeta intenso. Preparación de los indicadores. Disolver aproximadamente 0,5 g de indicador en 100 ml de etanol. Las soluciones de NET se deterioran debido a la oxidación por el aire y deben prepararse soluciones de
indicador a medida que se requiera. Generalmente es preferible agregar una mezcla del indicador sólido, diluido con un exceso (de varios cientos de veces de cloruro de sodio u otras sustancias inertes). Se pulveriza 0,5 g del indicador con 100 g de cloruro de sodio usando mortero. Se guarda en frasco. Solución de E.D.T.A. Las preparaciones de EDTA disponibles no son lo suficientemente puras como para usarlas como patrón primario. Por lo tanto, deben valorarse con un patrón primario adecuado. Si se va a guardar mucho tiempo, conviene envasar la solución en recipiente de plástico (pues el vidrio libera iones metálicos que disminuyen la concentración efectiva del E.D.T.A). Preparación de 1 L de EDTA 0,01 M Pesar 3,72 g de EDTA y llevar a un litro de agua en matraz aforado. Si se va a utilizar negro de eriocromo T (NET) como indicador, se le agrega a la solución una pizca de sulfato o cloruro de magnesio (0,05 g aproximadamente). Conservar la solución en botella de plástico. (PM EDTA 372,26 g) Determinación de la molaridad de la solución de EDTA aproximadamente 0,01 M Se utiliza CaCO 3, ZnSO 4, MgSO 4.7H 2 O, Zn o Cu electrolítico como patrón primario. Nosotros utilizaremos CaCO 3 como patrón primario. Se prepara una solución de carbonato de calcio de concentración tal, que tomando 25 ml de la solución se gasten 4/5 partes de la bureta con una solución de EDTA 0,01 M. Se pesa la cantidad necesaria de carbonato de calcio (secado previamente en estufa). Se disuelve con HCl 0,5 M, hasta que finalice el desprendimiento de CO2, Se transfiere con agua destilada a un matraz y se lleva a volumen final. Procedimiento: Colocar en un Erlenmeyer de 250 ml, 25 ml de la solución de carbonato de calcio preparada. Agregar 25 ml de agua destilada, 4 ml de solución reguladora ph 10 y una pizca de NET (0,05 g aproximadamente). Se titula con EDTA 0,01 M aproximadamente, desde la bureta. El punto final se detecta cuando el indicador vira del rojo vinoso al azul. Si se experimentan problemas debido a cambios de color difuso, la solución puede calentarse hasta 60 C aproximadamente. Solución reguladora ph 10: Se disuelven 16,9 g de cloruro de amonio en 142,5 ml de amoníaco concentrado y se lleva a 250 ml con agua destilada.
Se puede calcular la concentración de la solución de EDTA de la siguiente manera: VCaCO 3 x M CaCO 3 = n mmol CaCO 3 = n mmol EDTA V EDTA x M EDTA = n mmol EDTA M exacta EDTA = n mmol EDTA / V gastado EDTA Determinación de dureza total en agua. La dureza del agua la confieren las sales disueltas de calcio y de magnesio. Expresándose el resultado de la cantidad total de calcio más magnesio en términos de la cantidad equivalente en mg por litro (ppm) de carbonato de calcio. El agua puede contener además, iones de metales pesados como impurezas, incluyendo el hierro, aluminio, cobre y magnesio (este último como Mg +2 ) interfiere en la titulación bloqueando el indicador. Las sales de calcio y magnesio bicarbonatadas, desaparecen (en su mayor parte) por ebullición. A esta dureza se la denomina temporaria. La dureza residual, debida principalmente a cloruros, sulfatos y a la cantidad pequeña de carbonatos que quedan en solución, no se puede eliminar por ebullición y se la denomina permanente. La suma de las durezas temporarias y permanentes nos da la dureza total. Ca (HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Mg (HCO 3 ) 2 MgCO 3 + H 2 O + CO 2 Técnica operatoria Una alicuolta de 25 ml de muestra incógnita se vierte en un Erlenmeyer de 250 ml, se agrega agua destilada, 2 ml de solución reguladora ph10 y una pizca de NET. Se titula con el EDTA de concentración conocida hasta el pasaje del rojo vinoso al azul intenso. Cálculos: V EDTA x M EDTA = n mmol EDTA = n mmol Ca +2 + Mg +2 ( n mmol Ca +2 + Mg +2 ) x PM CaCO 3 = mg CaCO 3 / 25 ml muestra 25 ml muestra ------------------- mg CaCO 3 1000 ml muestra ---------------- x = mg CaCO 3 /L = ppm CaCO 3 Determinación de la dureza debida al Mg. Si de la muestra de agua precipitamos el calcio en forma de oxalato de calcio Ca(COO) 2, podemos titular de la manera que lo hicimos hasta ahora, con NET, solamente la dureza debido al magnesio.
Técnica operatoria: Se toman 100 ml de la muestra de agua en un vaso de precipitados. Se agregan 25 ml de solución precipitante de calcio. Se deja la solución en reposo una hora. Se filtra y se recogen 50 ml de la solución límpida. Se agregan 2 ml de la solución reguladora de ph 10 y una pizca de NET. Se valora con EDTA hasta el pasaje de rojo vinoso al azul puro. Solución precipitante de calcio: Se disuelven 3 g de oxalato de amonio en 50 ml de agua, se agregan 57 g de cloruro de amonio, 6,5 ml de amoníaco concentrado. Se lleva la solución resultante a 500 ml con agua destilada. Cálculos: 125 ml de solución ------------------ 100 ml de muestra 50 ml de muestra ---------------------- x V EDTA x M EDTA = n mmol EDTA = n mmol Mg +2 = n mmol CaCO 3 N mmol CaCO 3 x PM CaCO 3 = mg CaCO 3 / ml muestra X ml muestra ------------- mg CaCO 3 1000 ml muestra -------- x Entonces la dureza debida al magnesio será: x mg CaCO 3 / L = ppm CaCO 3. Problemas propuestos: 1- Calcular la dureza de aguas de: a- Un agua con una concentración de 2,8 x 10-4 M en Ca +2. b- Un agua con un contenido de 40 ppm de CaCO 3. c- Un agua con un contenido de 40 ppm de Ca +2. d- Un agua con una concentración de 2,8 x 10-4 M en Mg +2. e- Un agua con un contenido de 40 ppm de MgCO 3. f- Un agua con un contenido de 40 ppm de Mg +2. Rtas: a- 28 ppm CaCO 3, b- 40 ppm CaCO 3, c- 100 ppm CaCO 3, d- 28 ppm CaCO 3, e- 47 ppm CaCO 3, f- 165 ppm CaCO 3.
2-25 ml de una muestra de agua gastan 15,75 ml de EDTA 0,01500 M. Calcular la dureza total del agua expresada en mg CaCO3 / L. R: 944 3-50 ml de una muestra de agua del lago requieren para su determinación 34,20 ml de EDTA 0,01150 M en presencia de NET como indicador. Calcular a) Dureza total expresada en mg CaCO3 / L R: a) 786,6 4- En la titulación de los iones Ca +2 y Mg +2 de una muestra de 50 ml de agua dura se gastaron 22,35 ml de EDTA 0,01115 M. Una segunda de una alícuota de 50 ml de agua se alcalinizó fuertemente para precipitar magnesio. El sobrenadante se tituló con 15,19 ml de la solución de EDTA. a- Calcular la dureza total de la muestra expresada como ppm de CaCO 3. b- Calcular la concentración en ppm de CaCO 3 de dureza debida al calcio y debida al magnesio. 5-100 ml de una muestra de agua se valoran con EDTA disódica a un ph adecuado, usándose como indicador NET y se gastan 14,30 ml. 25 ml de solución que contienen 1g de CaCO3/L necesita 24,30 ml de la solución de EDTA. Cuál es la dureza del agua expresada en ppm? R: 147,1 6- Se va a determinar la dureza de una muestra de agua. a- Cuantos g de EDTA se deben pesar para preparar un litro de una solución 10-3 M. b- Se valora con 25 ml de solución de CaCO 3 10-3 M y se gastan 24,96 ml de EDTA. Indicar la molaridad exacta del EDTA. c- Al determinar dureza, se toman 50 ml de muestra y se gastan 10 ml de EDTA, calcular la dureza en ppm de CaCO 3. 7- Una muestra de CaCO3 que pesa 0,4034 g de sal, se disuelve en HCl y se diluye a 500 ml. Una alícuota de 50 ml requiere 39,70 ml de sol de EDTA para el viraje de color. a- Calcular la molaridad de la solución de EDTA. b- Con este EDTA se valoran 100 ml de muestra y se gastan 35,6 ml de EDTA. Calcular la dureza de la muestra en ppm de CaCO 3.