DETERMINATION OF POTABILITY OF WATER BY COMPLEXOMETRIC TITRATIONS WITH EDTA

AND CHLORIDES BY THE MOHR AND MERCURIMETRICAL

Sanchez Rodriguez, Luz Angelica; Ulloa Ospina, Daniel Ricardo

1. INTRODUCCIÓN

La clasificación de aguas se realiza a través de sus características físico-químicas. La dureza de agua es la cantidad de metales como Ca, Mg, Sr, Ba, entre otros y se mide como mg de CaCO3/L. Es muy importante tener un análisis de dureza de agua porque de ello implica una ligera modificación de sus propiedades y sus aplicaciones. Las aguas duras, con más de 150mg CaCO3/L, son ligeramente alcalinas y su uso tanto a nivel doméstico como industrial tiene graves inconvenientes. En el lavado se produce precipitación del jabón por el calcio y el magnesio, en la cocción de legumbres y en la industria puede presentarse problemas de incrustaciones. No se conocen con claridad los efectos de las aguas blandas y duras sobre el organismo de los consumidores, aunque ciertos estudios epidemiológicos parecen apuntar a que la incidencia de enfermedades cardiovasculares es mayor en las zonas de consumo de aguas blandas. Por otra parte, las aguas blandas son agresivas y facilitan la disolución de metales de las cañerías, provocando, entre otras enfermedades, saturnismo o intoxicación por plomo en aquellos abastecimientos en que aún se conservan tuberías antiguas de plomo.

Para determinar los iones de cloruro disueltos en las muestras de agua y en Pedialyte, se utilizaron 2 métodos: Mohr y Mercurimétrico. El ion cloruro (Cl‾), es uno de los aniones inorgánicos principales en el agua natural y residual. Los contenidos de cloruros de las aguas son variables y se deben principalmente a la naturaleza de los terrenos atravesados. Habitualmente, el contenido de ion de cloruro de las aguas naturales es inferior a 50 mg/L. En el agua potable, el sabor salado producido por el Cl‾ es variable y depende de la composición química del agua.

En las volumetrías de precipitación se mide el volumen de solución tipo, necesario para precipitar completamente un catión o anión del compuesto que se analiza.

Método de Mohr: El método se utiliza para determinar iones cloruro y bromuro de metales alcalinos, magnesio y amonio. La valoración se hace con solución patrón de AgNO3. El indicador es el ion cromato CrO4 =, que comunica a la solución en el punto inicial una coloración amarilla y forma en el punto final un precipitado rojo

Several prepared samples were titrated by complexometric titration with EDTA, which is based on measuring the volume of standard solution to form a complex with the cations of Ca+2 and Mg+2, neglecting other metals. Using masking agents and modifying the pH of the sample to be released Ca+2 EDTA titled individually and then calculate the Mg+2 content. The chloride content was determined by sedimentation and coloring. The methods used varies salt, silver nitrate to the Mohr method mercury nitrate to the mercurimetrical method. Colorimetry was also measured for a sample of pedialyte which is dissolved electrolytes and high chlorides.Keywords: Titration, water hardness, masking agent, Mercurimetric, Mohr..

ladrillo de cromato de plata, Ag2CrO4. Las reacciones que ocurren en la determinación de iones cloruro son:

Cl−¿+Ag❑

→AgCl↓¿

CrO4¿+2 Ag

+¿❑→

Ag2CrO4↓¿

La solución debe tener un pH neutro o cercano a la neutralidad. Un pH de 8.3 es adecuado para la determinación. La solución patrón de AgNO3 se puede preparar por el método directo dado que el nitrato de plata es un reactivo tipo primario; con el objeto de compensar los errores en la precipitación del punto final se prefiere el método indirecto y la solución se valora con NaCl químicamente puro. Cuando la solución tipo se prepara por el método indirecto no es necesario el ensayo en blanco, porque el exceso empleado en la valoración de la sustancia problema se compensa con el empleado en la valoración del AgNO3.

Método mercurimétrico: También se utilizó este método para la determinación de cloruros presentes en una muestra de agua y Pedialyte disuelto, que se basó en la formación de cloruro de mercurio (II), ligeramente ionizado y en medio ácido, utilizando ácido nítrico para el ajuste del pH. Las reacciones son las siguientes:

Hg+2+Cl−¿→ HgCl+¿¿¿

HgCl+¿+Cl−¿→ HgCl2¿ ¿

Utilizando una disolución patrón de nitrato de mercurio (II) en presencia de un indicador mixto de difenilcarbazona – azul de bromofenol hasta la formación, en el punto final, de un complejo de mercurio – difenilcarbazona con un viraje de color de amarillo – azul violeta.

2. DETERMINACIÓN DE DUREZA

Debido a la gran cantidad de elementos que pueden determinarse con EDTA, mediante diferentes agentes enmascarantes podemos favorecer la formación de compuestos con EDTA que determinen el valor real de nuestro objetivo. En este caso nos interesa determinar Dureza total titulando Mg y Ca, y dureza cálcica.

2.1. DUREZA TOTAL

Para la determinación de dureza total de la muestra, suponemos una concentración de metales diferentes a Ca y Mg tan baja para despreciar su presencia. Utilizamos trietanolamina como agente enmascarante de Al3+, Fe3+ y Mn 2+, pero para asegurar su efecto es necesario, tanto para el indicador Negro de Ericromo T, o NET de ahora en adelante, como para el agente enmascarante.

Preparamos un volumen de 25mL de muestra en 250mL de Agua destilada, que no afecta la concentración de metales en la muestra, añadimos agente regulante hasta completar pH 10, infiltramos un poco menos de una pizca de NET hasta tener una leve coloración roja.

VEDTA DUREZA TOTAL [mL]6,57,2

Tabla 1 - Resultados individuales con réplica

Imagen 1 – Resultado individual y réplica de Dureza Total

VEDTA DUREZA TOTAL [mL]5,86,86,4

5,436,3

6,955,556,85

Tabla 2 – Resultados grupales

2.2. DUREZA CÁLCICA

Otra forma de determinar la dureza es por titulación indirecta. Para determinar el error entre la dureza total y la concentración real de Ca y Mg en la muestra es necesario conocer la concentración real de Ca o Mg. Para este caso preparamos una muestra idéntica de 25mL y la llevamos a 250mL con agua destilada, le agregamos 1mL de NaOH hasta llevar a pH 13 y luego agregar como agente enmascarante de los demás metales trietanolamina, los radicales hidroxilos liberados por la disolución de NaOH son enmascarantes de Mg2+, lo que nos permite determinar la concentración de Ca2+.

VEDTA Ca [mL]4,34,5

Tabla 3 – Resultados individuales y réplica dureza cálcica

Imagen 2 – Resultado individual y réplica de dureza cálcica

VEDTA Ca [mL]

3,44,43,24,6

4,63,9

3,654,35

Tabla 4 – Resultados grupales dureza cálcica

3. DETERMINACIÓN DE CLORUROS

Los cloruros disueltos se midieron para 1 muestra problema de agua, 1 muestra de salmuera de salchichas y 1 muestra de Pedyalite®. Los métodos que se utilizaron se clasificaron de la siguiente manera para las muestras.

MERCURIMÉTRICA

MOHR

AGUA X X

SALMUERA X PEDYALITE®

X

Tabla 5 – Clasificación de muestras por método utilizado para determinación de cloruros

3.1. CLORUROS POR EL MÉTODO MERCURIMÉTRICO

Para determinar la concentración de cloruros en solución la reacción que representa el método es:

Cl−¿+Hg ( NO3)2→ HgCl2¿

Los iones cloruro forman un complejo muy fuerte, de no disociación con iones de mercurio (II). El exceso de iones de mercurio después del punto de equivalencia puede ser detectado con un indicador apropiado. Difenilcarbazona es un buen indicador que forma un color azul-violeta Hg (II) -diphenylcarbazona. Así, el cloruro puede ser titulado con nitrato de mercurio (II) o perclorato de mercurio (II). Se añadieron 2 gotas de solución de bromofenol a las muestras con cloruros disueltos. Este indicador se torna azul en soluciones básicas.

VHgNO3 [mL]29,2532,1

Tabla 6 – Resultados de cloruros disueltos por mercuremétrico con réplica

Imagen 3 – Resultado individual de titulación de cloruros con método mercurimétrico

VHgNO3 [mL]

24,530,67

26

28,628,329,224,2

29,05Tabla 7 – Resultados grupales de titulación de agua por método mercurimétrico

3.2. CLORUROS POR MÉTODO DE MOHR

El método de Mohr utiliza iones cromato como un indicador en la titulación de iones cloruro con una solución estándar de nitrato de plata. Después que todo el cloruro se ha precipitado como cloruro de plata blanco, el exceso de titulante resulta en la formación de precipitado de cromato de plata, que indica señal del punto final.

Es por esto que agregamos 1mL de cromato de potasio a las muestras hasta ajusta pH entre 6,5 y 7. Titulamos con Nitrato de plata 0,05N.

VAgNO3 [mL]

AGUA SALMUERA PEDYALITE®pH: 6,5 9,3 pH: 7 7,25 pH: 7 4pH: 7 5,52 pH: 7 7,35 pH: 7 3,3

Tabla 8 – Resultados individuales de cloruros por método de Mohr

VAgNO3 [mL]

8,57,4310,19,18,29,5

10,058,55

Tabla 9 – Resultados grupales para muestra problema de agua por método de Mohr

4. ANALISIS DE RESULTADOS4.1. DUREZA TOTAL

CEDTA 0,01 M

V EDTA CEDTA=V H 2OC H 2O

CH 2O=

V EDTA CEDTA

V H 2O

V [mL]

C [M] = [[ gL ]

CAGUA [M]

0,001160,001360,00128

0,0010860,001260,001390,001110,00137

Tabla 10 – Concentración de Ca y Mg en agua por titulación con EDTA

CH 2O×

100 g1mol CaCO3

×1000mg1g

=mgL

CaC O3 [ Dureza Total ]

Dureza Total [mg CaCO3/L]

116136128109126139111137

Tabla 11 – Dureza total

x 125,2MEDIANA 127σ 12,0513188C. V 0,09625654

Tabla 12 – Análisis estadístico de los resultados grupales de Dureza Total

4.2. DUREZA CALCICA

Se realizan los mismos cálculos que con dureza total

CAGUA [M] Dureza Cálcica [mg CaCO3/L]

0,00068 680,00088 880,00064 640,00092 920,00092 920,00078 780,00073 730,00087 87

Tabla 12 – Dureza cálcica

x 80,25MEDIANA 83σ 11,0421271C. V 0,1375966

Tabla 12 – Análisis estadístico de los resultados grupales de Dureza Cálcica

4.3. DUREZA MAGNÉSICA

Dureza Magnésica=DurezaTotal−Dureza Cálcica

Dureza Magnésica [mg CaCO3/L]

4848641734613850

Tabla 13 –Dureza Cálcica Magnésica

x 44,95MEDIANA 48Σ 15,2902397C. V 0,34016106

Tabla 12 – Análisis estadístico de los resultados grupales de Dureza Magnésica

4.4. CLORUROS POR MÉTODO MERCURIMETRICO

CHg(NO3)2 0,015 M

V Hg ( NO3 )2CHg ( NO3)2

=V H 2OC H2O

CH 2O=

V Hg ( NO3 )2CHg ( NO3)2

V H 2O

V [mL]

C [M] = [[ gL ]

ppmCl−¿=CCl−¿[ mol

L ]× 35,453gCl−¿

1molCl−¿ ×1000mg

1g¿¿¿¿

CCl- [M] ppm Cl [g/mL]

0,0147 521,15910,018402 652,406106

0,0156 553,06680,01716 608,373480,01698 601,991940,01752 621,136560,01452 514,777560,01743 617,94579

Tabla 13 – Cloruros por mercurimétrica

x 586,357167MEDIANA 605σ 50,4008934C. V 0,08595596

Tabla 14 – Análisis estadístico de los resultados grupales de Dureza Magnésica

4.5. CLORUROS POR MÉTODO DE MOHR4.5.1. Muestra Problema de Agua

CCl- [M] ppm Cl [g/mL]0,0051 180,8103

0,004458 158,0494740,00606 214,845180,00546 193,573380,00492 174,428760,0057 202,0821

0,00603 213,781590,00513 181,87389

Tabla 13 – Cloruros en Agua para Moh

x 189,930584MEDIANA 188Σ 19,8398535Σ 0,10445845

Tabla 14 – Análisis estadístico de los resultados grupales de Cloruros por el método de Mohr

4.5.2. Salmuera y Pedialyte®

SALMUERA PEDYALITE®

VAgNO3 [mL] CCl- [M] ppm Cl [g/mL] VAgNO3 [mL] CCl- [M] ppm Cl [g/mL]

pH: 7 7,25 0,0186 659,4258 pH: 7 4 0,008 283,624pH: 7 7,35 0,01104 391,40112 pH: 7 3,3 0,0066 233,9898

Tabla 15 – Concentración de cloruros en muestras diferentes al agua

SALMUERA PEDYALITE®x 517,6138 258,8069

MEDIANA 518 259Σ 5,01381134 35,0966794V. C. 0,00968639 0,13560952

Tabla 16 – Análisis estadístico de los resultados de Cloruros por el método de Mohr en muestras diferentes a agua

Imagen 4 – Pedyalite

Imagen 5 – Salmuera de Salchicha

Hidraplus® 45Sodio 45 mEq/LPotasio 20 mEq/LCloruro 35 mEq/LCitrato 29 mEq/LDextrosa 126 mEq/L

Tabla 17 – Propiedades de Pedyalite según fabricante

CCl−¿=

35meq1L

×1eq

1000meq[N ] ×1mol

Cl−¿

1eqCl−¿ ×35,453 g Cl−¿

1mol Cl−¿ × 1000mg1g

=1240.355 ppm Cl−¿¿ ¿¿¿

¿ ¿

PEDYALITE®ppm Cl [g/mL] Error Abs Error Relativo

283,624 956,731 2733,52%233,9898 1006,3652 2875,33%

Tabla 18 – Error relativo para Pedyalite 45

5. ANALISIS DE RESULTADOS

- Es importante aclarar que para la única muestra que se conocía la concentración real era para Pedyalite, es por esto que el error se calculó solo con esta muestra. Aunque se puedo haber tomado como referencia el valor promedio para calcular el error, preferimos no describirlo y analizar la exactitud y el error a partir del coeficiente de variación.

- El volumen de titulaciones pudo haber inferido en erro procedimental humano.

5.1. DUREZA- De acuerdo al decreto 475 de 1998 y los límites para agua potable, se puede

decir que la muestra de agua, a partir del resultado promedio de los resultados del grupo, es una muestra de agua potable con tendencia a una elevada dureza.

Tabla 19 – Criterios de calidad química para características con implicaciones de tipo económico o acción indirecta sobre la salud – Decreto 475 de 1998.

- El coeficiente de variación para los resultados grupales nos permite decir que el error en el método analítico es bajo y que la diferencia de resultados presenta exactitud ideal.

- El negro de ericromo T, tambien conocido como NET, es un indicador de iones metálicos, muy utilizado para titular diversos cationes comunes, comportándose como un ácido débil.

- Los complejos metálicos del NET frecuentemente son rojos en un rango de PH entre 4 a 12, cuando está libre en solución en un rango de PH menor a 10 su color es rosado, a PH igual a 10 es de color azul.

- Una de las aplicaciones más importantes es la determinación de durezas de aguas. Se denomina dureza de agua a la cantidad de sales de calcio y magnesio disueltas en una muestra de agua, expresadas en p.p.m. (partes por millón), que representa: Mg. de CaCO3 por ltr. De H20

- También se usan indicadores que son agentes quelantes ya que forman con los iones metálicos, compuestos coloreados que difieren al color del indicador sin reaccionar. El indicador conocido es el N.E.T. para valorar iones Mg2+

5.2. CLORUROS- En una titulación, el punto de equivalencia no se puede determinar

experimentalmente, es un valor teórico que solo se puede estimar observando algún tipo de cambio físico. Este cambio se llama punto final de la titulación.

- Se debe buscar la mínima referencia de volumen o masa entre el punto de equivalencia y el punto final, Es decir el mínimo error de titulación.

- Para la titulación de mohr es necesario un control razonable de la concentración de CrO4 y del pH, para que la precipitación del Ag2CrO4 ocurra en el momento deseado de la titulación.

- En vista de que no se estandarizo el agente titulante, es posible que las concentraciones no sean las tomadas en el laboratorio. Esto explica el error calculado para Pedialyte.

- El Pedialyte presenta grandes diferencias entre el valor esperado y el valor medido.

- Según la norma para alimento enlatado, NTC1276, la salmuera cumple con los niveles de Cl diluído y supone a la concentración de NaCl.

REFERENCIA.

HARRIS. Análisis químico cuantitativo. 3 ed. Barcelona: Reverte, 2007