Maquinaria Agricola utilizada en la produccion de Piña.pdf
Alcalinidad en agua
1. PRACTICA #4 ALCALINIDAD DEL AGUA
1. OBJETIVOS
Objetivo General
Determinar de manera cualitativa la alcalinidad de tres muestras de agua por
medio de la presencia de 𝐻2 𝐶𝑂3, 𝐶𝑂3
−2
, y 𝑂𝐻−
, con el uso del pH-metro e
indicadores apropiados.
Objetivos Específicos
Identificar los iones presentes en las muestras de agua por medio del cálculo
de la alcalinidad a la fenolftaleína y la alcalinidad total.
Obtener puntos de equivalencia sucesivos y así calcular la alcalinidad
fenolftaleína como también la alcalinidad total de la muestra.
Determinar la cantidad de 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3/𝐿 de la muestra problema, mediante la
equivalencia, y el volumen de ácido consumido
2. MARCO TEÓRICO
Alcalinidad
Se puede definir la alcalinidad como una medida de la capacidad
para neutralizar ácidos. La importancia de conocer la alcalinidad en una muestra
es vital para la industria debido a que en la mayoría de procesos el agua es una
de las principales fuentes, en los respectivos sistemas de canales de
distribución, y conociendo la alcalinidad del agua podemos evitar las
incrustaciones o taponamientos, así como corrosiones que se pueden dar en
sistemas de canales de distribución y para conocer esto, se debe proceder a un
análisis volumétrico en el cual se conozcan los, 𝐻2 𝐶𝑂3(𝑎𝑐), 𝐶𝑂3(𝑎𝑐)
−2
, 𝑂𝐻−
(𝑎𝑐)
que pueden existir, pero también se encuentran asociada la presencia de
fosfatos silicatos boratos, cationes y otras bases, conociendo la alcalinidad de
puede hacer tratamientos químicos del agua.
Formas de alcalinidad
Los resultados obtenidos de las determinaciones de alcalinidad de fenolftaleína
y alcalinidad total proveen un método para la clasificación estequiométrica de las
tres principales formas de alcalinidad (bicarbonato, carbonato e hidróxido),
asumiendo la ausencia de ácidos débiles inorgánicos u orgánicos (ej. silicio,
fosfórico y bórico). Dicha clasificación también presupone la incompatibilidad
entre la alcalinidad de hidróxidos y la alcalinidad de bicarbonato. Dado que los
cálculos están basados en una relación estequiométrica, los resultados de
alcalinidad no representan concentraciones reales de iones, particularmente
cuando el pH es mayor de 10 (pH > 10).
2. El esquema de clasificación establece que la alcalinidad de carbonato (CO3
2-
)
está presente cuando la alcalinidad de fenolftaleína no es cero, pero es menor
que la alcalinidad total [T > P]; la alcalinidad de hidróxidos (OH-
) está presente si
la alcalinidad de fenolftaleína es mayor que la mitad de la alcalinidad total [P >
1/2 T] ,y la alcalinidad de bicarbonato (HCO3-
) está presente si la alcalinidad de
fenolftaleína es menor de la mitad de la alcalinidad total [P < 1/2 T].
La fenolftaleína y el anaranjado de metilo son los indicadores más comunes para
determinar la alcalinidad. Si al agregar fenolftaleína a la muestra de agua toma
color rosado, el pH es superior a 8.3, indicando que no hay CO2 libre, pues todo
se presenta como CO3
2-
y HCO3
-
. Si al agregar la fenolftaleína la muestra no
desarrolla color, indica que el pH es menor que 8.3, y por tanto la cantidad de
carbono disuelto está presente bajo las formas de HCO3
-
y CO2 libre.
En el caso del anaranjado de metilo, si el agua toma color naranja, al agregar
anaranjado de metilo a la muestra, el pH estará entre 4.3 y 8.3 y el carbono
inorgánico disuelto se encontrará en parte como CO2 libre y en parte como
HCO3
-
Si se continúa titulando con ácido sulfúrico, llega un momento en el cual
la muestra de agua se torna amarilla, lo que indica que se ha llegado a un pH de
alrededor de 4,3; esto significa que todo lo que había como reserva de CO2
contenida en el CO3
-2
y el HCO3
-
fue llevada hasta CO2 libre. La suma de estas
dos alcalinidades se conoce como alcalinidad total.
Ilustración 1 - Curva de alcalinidad del agua
3. 3. EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS
EQUIPO MATERIALES REACTIVOS
Balanza. 2 Vasos de precipitación 50 mL. Ácido Sulfúrico, H2SO4 ,
[0,0198 N]
2 Buretas de 50 mL H2O (d)
Espátula. 3 muestras problema de
H2O
2 Matraces Erlenmeyer 250 mL Fenolftaleína
2 Pipetas y peras Anaranjado de metilo.
Soporte Universal
Probeta 50 mL
4. PROCEDIMIENTO
Método de indicadores
1) Preparar la solución de 0.02 N de H2SO4 a partir de la solución concentrada,
realizar los cálculos necesarios.
2) Añadir 50 ml de H2SO4 0.02N estandarizado en la bureta.
3) Verter en el matraz Erlenmeyer 50 ml de la muestra problema a analizar.
4) Agregar 3 gotas de Fenolftaleína, en caso de que la muestra se torne color rosado,
titular hasta que la muestra tenga un color transparente; luego agregar 3 gotas de
anaranjado de metilo y titular hasta que alcance un color naranja fuerte.
5) Registrar el volumen de ácido consumido en cada punto de viraje.
6) Calcular alcalinidad a la fenolftaleína y alcalinidad total.
Método usando pH-metro
1) Calibrar el pH-metro.
2) Agregar 50 ml de H2SO4 0.0198N estandarizado en la bureta.
3) Verter en el matraz Erlenmeyer 50 ml de la muestra problema a analizar, agregar una
barra magnética y poner el matraz sobre el agitador magnético.
4) Encender el agitador magnético, acercar el electrodo del pH-metro a la muestra
problema y titular hasta el primer punto final pH=8.3; luego seguir titulando hasta el
segundo punto final pH=4.3. Registrar el volumen de ácido consumido en cada punto
final.
5) Calcular alcalinidad a la fenolftaleína y alcalinidad total.
4. 5. REACCIONES INVOLUCRADAS
a) Reacciones de los iones en el agua con el ácido sulfúrico
𝑂𝐻−
+ 𝐻2 𝑆𝑂4 → 2𝐻2 𝑂 + 𝑆𝑂4 [Reacción ion OH-
]
𝐶𝑂3
−
+ 1
2⁄ 𝐻2 𝑆𝑂4 → 𝐻2 𝐶𝑂3 + 1
2⁄ 𝑆𝑂4 [Reacción ion carbonato]
𝐻𝐶𝑂3
−
+ 1
2⁄ 𝐻2 𝑆𝑂4 → 𝐻2 𝐶𝑂3 + 1
2⁄ 𝑆𝑂4 [Reacción iones Bicarbonato]
b) Reacciones de equilibrio de los iones en el agua
𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 → 𝐻2 𝐶𝑂3
𝐻2 𝐶𝑂3 → 𝐻𝐶𝑂3
−
+ 𝐻+
𝐻𝐶𝑂3
−
→ 𝐶𝑂3
=
+ 𝐻+
6. RESULTADOS
DATOS
Método de los indicadores
Tabla 1
Datos de la prueba de indicadores de la muestra 1: Agua Potable
Alcalinidad a la fenolftaleína 0
Prueba del anaranjado de metilo
Volumen muestra problema 50 mL
Volumen titulante consumido 1,5 mL
Concentración del titulante 0,02 N
pH final 6
Tabla 2
Datos de la prueba de indicadores de la muestra 2: Agua con detergente
Volumen muestra problema 50 mL
Concentración del titulante 0,02 N
Prueba de la fenolftaleína
Volumen titulante consumido 6,6 mL
pH final 7
Prueba del anaranjado de metilo
Volumen titulante consumido 8,8mL
pH final 5,5
5. Tabla 3
Datos de la prueba de indicadores de la muestra 3: Agua del lago ESPOL
Alcalinidad a la fenolftaleína 0
Prueba de anaranjado de metilo
Volumen muestra problema 50 ml
Volumen titulante consumido 7,5mL
Concentración del titulante 0,02 N
pH final 5
Método potenciométrico
Tabla 4
Datos de la prueba potenciométrica de la muestra 1: Agua Potable
pH inicial 7.15
pH final 5.7
Volumen muestra 50 mL
Volumen titulante consumido 1.2 mL
Concentración titulante 0,02 N
Tabla 5
Datos de la prueba potenciométrica de la muestra 3: Agua del lago ESPOL
pH inicial 8.38
pH final 5.88
Volumen consumido 5.5 mL
Volumen muestra 50 mL
Concentración titulante 0,02 N
CÁLCULOS
Métodos de los indicadores
Muestra 1: Agua Potable
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑒𝑛𝑜𝑙𝑓𝑡𝑎𝑙𝑒í𝑛𝑎 = 0
𝑁 𝐻2 𝑆𝑂4
=
#𝑚𝑒𝑞 − 𝑞
𝑉 (𝑚𝑙)
#𝑚𝑒𝑞 − 𝑞 = 𝑁 × 𝑉
#𝑚𝑒𝑞 − 𝑞 = 0,02𝑁𝑥 1,5𝑚𝐿 = 0,03 𝑚𝑒𝑞
8. #𝑚𝑒𝑞 − 𝑞 𝐻2 𝑆𝑂4
= (0,02
𝑚𝑒𝑞−𝑞
𝑚𝑙
) (5,5 𝑚𝑙) = 0,11
#𝑚𝑒𝑞 − 𝑞 𝐻2 𝑆𝑂4
= #𝑚𝑒𝑞 − 𝑞 𝐶𝑎𝐶𝑂3
0,11 𝑚𝑒𝑞 − 𝑞 𝐶𝑎𝐶𝑂3
×
100
2
𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
1 𝑚𝑒𝑞 − 𝑞 𝐶𝑎𝐶𝑂3
= 5,5 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 =
5,5𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
0,050 𝑙
= 𝟏𝟏𝟎
𝒎𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶 𝟑
𝒍⁄
Tabla 7
Resultados del método de los indicadores
Método de los indicadores
Alcalinidad
Muestra 1 (Agua
Potable)
Muestra 2 (Agua
con detergente)
Muestra 3 (Lago
ESPOL)
Alcalinidad de la fenolftaleína
(ppm)
0 132 0
Alcalinidad total (ppm) 30 308 150
Tabla 8
Resultado del método potenciométrico
Método Potenciométrico
Alcalinidad Muestra 1(Agua Potable)
Muestra 3 (Lago
ESPOL)
Alcalinidad de la fenolftaleína (ppm) 0 0
Alcalinidad total (ppm) 24 110
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Con respecto a las muestras 1 y 3, en este caso agua potable y agua del lago ESPOL, al
añadirle fenolftaleína no ocurrió ningún cambio en el color, esto nos indica que existe la
presencia de 𝐻𝐶𝑂3
−
, el pH de esa muestra debe estar en un rango menor a 8,3 y,
posiblemente la presencia de 𝐶𝑂2 procede del ácido carbónico, por lo tanto la alcalinidad que
se registraría por fenolftaleína es 0, la cual es apreciable por el escaso cambio de color en la
solución, y como consecuencia no se consumió un volumen en esa titulación, sin embargo
cuando agregamos el anaranjado de metilo y procedemos a titular, disminuimos la alcalinidad
de la muestra hasta lograr el respectivo viraje de color, en el cual pH debería estar entre
4.3(un rango ácido) y en donde existirían especies de 𝐶𝑂2 , que se producen por el ácido
carbónico.
9. El uso del pHmetro en las muestras 1 y 3, marcó un pH de 6,87, el cual predice que la muestra
tendrá alcalinidad por parte 𝐻𝐶𝑂3
−
y 𝐶𝑂2, y que no existiría una alcalinidad por parte del 𝐶𝑂3
−2
y 𝑂𝐻−
debido al pH que presenta esta muestra, se encuentra en una escala ácida.
Con respecto a la muestra 2 lo que paso en esta muestra fue algo totalmente diferente debido
a que aunque solo se realizó el análisis por medio de los indicadores al principio el cambio de
color a violeta claro se nota al agregar las gotas de fenolftaleína, lo que con respecto a la
teoría analizada el pH de esta muestra esta mayor los 8,3 y en esta caso se puede especular
en los siguientes posibles casos:
pH entre 8.3-9.4 la alcalinidad estaría dada por 𝐶𝑂3
−2
, 𝐻𝐶𝑂3
−
y existe una ausencia de
la alcalinidad por 𝑂𝐻−
pH ente 9.4-11 la alcalinidad estaría dada por 𝑂𝐻−
𝐶𝑂3
−2
y existe una ausencia de
alcalinidad por 𝐻𝐶𝑂3
−
Pero solo un análisis con el pHmetro nos confirmaría el verdadero pH que presentaría esta
muestra y por este análisis de indicadores solo podríamos dar estas especulaciones.
8. OBSERVACIONES
El goteo con respecto a la titulación usando el pHmetro fue un poco lento debido a que una
sola gota podría generar grandes cambios en el pH.
Para la titulación mediante el pHmetro, se utilizó una unidad de agitación magnética que se
encontraba incluida en el calentador eléctrico.
Se realizó un cambio de muestra en la prueba del potenciómetro, utilizando una solución de
NaOH 0,01N en vez de agua con detergente, por lo cual, al ser esta solución muy alcalina, se
necesitó de una cantidad muy significativa de volumen de 𝐻2 𝑆𝑂4 para titular, lo cual no fue
posible de realizar ya que este se había consumido en la utilización de las otras pruebas,
dejando incompleta el trabajo que se iba a realizar, por tal motivo no se incorpora la muestra
3 del método potenciómetro en la tabla de resultados.
9. RECOMENDACIONES
Al llenar la bureta con el respectivo acido comprobar que la llave de seguridad se encuentre
cerrada.
Primero agregar el indicador de fenolftaleína, y si no se observa ningún cambio agregar el
anaranjado de metilo.
Limpiar el electrodo con agua destilada antes de utilizar el pHmetro
Cuando de proceda a titular con el pHmetro, comprobar que el electrodo, con la unidad de
agitación magnética se encuentren a una distancia alejada, debió a que podrían colisionar si
se encuentran muy cerca.
10. 10. CONCLUSIONES
Cuando se agregó la fenolftaleína no se observó ningún cambio en el color de la muestra, y
al medir el respectivo pH se asegura que hay presencia de 𝐻𝐶𝑂3
−
y posiblemente de 𝐶𝑂3
−2
debido a que el pH de esa muestra en encuentra en 6,87 que es esta en una escala ácida, y
al final un pH de 4,31 con los respectivos cálculos solamente existe alcalinidad por 𝐻𝐶𝑂3
−
pero
con respecto a la tabla 2, que muestra alcalinidades por 3 especies diferentes, pero no se
descarta que existen 𝐶𝑂2 al final de la titulación.
Por medio de esta práctica se logró medir la alcalinidad de una muestra, en nuestro caso de
muestra 1 con la que se asegura, una alcalinidad solamente por presencia de 𝐻𝐶𝑂3
−
con
respectivo pH, como y los respectivos cálculos y la respectiva comparación con la tabla 2
aseguran esa alcalinidad.
Se asegura que la alcalinidad en la muestra 1 y 3 por fenolftaleína es 0, debido a que no
existo un cambio de color, y por lo tanto no se consumió ningún volumen por parte de ese
indicador, a diferencia de la muestra 2, donde se evidenció un cambio de color tanto en los
indicadores de fenolftaleína como de naranja de metilo. ´
11. BIBLIOGRAFÍA
Douglas A.Skoog/Donald M.West/F.James Holler, 1995, Química Analítica, Sexta
edición, McGraw-Hill/Interamericana de México, Naucalpan de Juárez, impreso en
Colombia. Página (221-222)
ROBERT B.FISCHER/DENNIS G.PETERS, 1968, Análisis Químico Cuantitativo,
TERCERA EDICION, Editorial interamericana, S. A, impreso en México. Página (283-
284).
James S.Fritz/Georgue H.Schenk.1989, Química Analítica Cuantitativa, tercera edición,
Editorial LIMUSA, S.A de C.V, impreso en México.
12. ANEXOS
Rangos de alcalinidad
Rango Alcalinidad (mg CaCO3/l)
Baja < 75
Media 75 - 150
Alta > 150
Anexo 1 - Rangos de alcalinidad
11. Anexo 2 - Alcalinidad del agua
Resultado de titulación Alcalinidad por OH-
(como CaCO3)
Alcalinidad por
carbonatos (como CaCO3)
Alcalinidad por bicarbonatos
(como CaCO3)
P = 0 0 0 T
P < 1/2 T 0 2P T - 2P
P = 1/2 T 0 2P 0
P > 1/2 T 2P - T 2(T-P) 0
P =T T 0 0