Inf lab 8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL

LABORATORIO Nº8:

ABLANDAMIENTO DEL AGUA

Estudiantes:

CANDIA NINA, GARY ALBERTO

HUIDOBRO CARDENAS, EDSON SANTIAGO

LOZADA LLERENA, GARY DOUGLAS

SOTO BOLAÑOS, PAUL FERNANDO

VALENZUELA TELLO, GRACE KELLY

Curso:

QUIMICA II

Profesor:

ING. CESAR AUGUSTO MASGO SOTO

Lima, 2011

LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA

ABLANDAMIENTO DEL AGUA

1. OBJETIVO:

Observar e interpretar el proceso de Ablandamiento del agua, mediante el tratamiento de resinas se intercambio iónico y el método EDTA. identificar experimentalmente las características del agua blanda y los iones que

intervienen. Determinar la dureza total en la muestra de agua y expresarla en sus

correspondientes unidades. Reconocer la importancia del titulante EDTA en las volumetrías por formación

de complejos. Estudiar las variaciones en la dureza de las distintas muestras de agua, para así

hallar conclusiones.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

LA DUREZA del agua es causada por ciertas sales. Los iones principalmente causantes de la dureza son los de calcio (Ca2

+), magnesio (Mg2+) y bicarbonato

(HCO3-). Estos iones o minerales son los causantes de las formaciones sólidas que

producen las obstrucciones en las tuberías y el equipo en los sistemas de agua potable y de agua de proceso.

Las unidades ablandadoras ofrecen una solución de purificación del agua para la eliminación del agua dura y de la cal.

La dureza del agua es importante en muchas aplicaciones, por ejemplo en la depuración del agua potable, en el agua de cervecerías y sodas, y también en agua de refrigeradores y calderas.

La dureza se mide normalmente en dureza Alemana o Francesa o por la concentración equivalente de Ca2

+. Los ablandadores son intercambiadores iónicos específicos diseñados para eliminar iones con múltiples cargas positivas.

Las unidades ablandadoras de agua son automáticamente regeneradas con sal. (Para mantenimiento, reparación o preguntas acerca de partes de los ablandadores o test kits para comprobar la dureza de su agua).

2


- La dureza es indeseable en algunos procesos, tales como el lavado doméstico e industrial, provocando que se consuma más jabón, al producirse sales insolubles. Además le da un sabor indeseable al agua potable. - Grandes cantidades de dureza son indeseables por razones antes expuestas y debe ser removida antes de que el agua tenga uso apropiado para las industrias de bebidas, lavanderías, acabados metálicos, teñido y textiles. - La mayoría de los suministros de agua potable tienen un promedio de 250 mg/l de dureza. - Niveles superiores a 500 mg/l son indeseables para uso doméstico. - La dureza es caracterizada comúnmente por el contenido de calcio y magnesio y expresada como carbonato de calcio equivalente.

Existen dos tipos de DUREZA:

Dureza Temporal: Esta determinada por el contenido de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio. Puede ser eliminada por ebullición del agua y posterior eliminación de precipitados formados por filtración, también se le conoce como "Dureza de Carbonatos".

Dureza Permanente: está determinada por todas las sales de calcio y magnesio excepto carbonatos y bicarbonatos. No puede ser eliminada por ebullición del agua y también se le conoce como "Dureza de No carbonatos".

Interferencias En la tabla se encuentran la lista de la mayor parte de las sustancias que interfieren. Sí existen más de una sustancia interferentes, los límites dados en la tabla pueden variar. La turbidez se elimina por filtración.

3

INTERFERENCIAS CON. MAX. SIN INTERFERIRAluminio 20 ppmCadmio *Cobalto 100 ppmCobre 50 ppm

Fierro(+3) 50 ppmFierro (+2) 50 ppm

Plomo *Manganeso 1ppm

Níquel 100 ppmZinc *

Polifosfatos 10 ppm


Si están presentes son titulados como dureza.

EDTA

El ácido etilendiaminotetracético (EDTA) es un titulante hexadentado complejométrico muy utilizado. Peso Molecular del EDTA: 292 g/mol Fórmula condensada: C10H16O8N2

– En agua potable El límite máximo permisible es de 300 mg/l de dureza.– En agua para calderas El límite es de 0 mg/l de dureza

NEGRO DE ERICROMO T

El negro de ericromo t, también 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.

4


AGUA DURASe denomina agua dura aquella que contiene un alto nivel de minerales, en particular sales de magnesio y calcio. El grado de dureza de un agua aumenta, cuanto más calcio y magnesio hay disuelto.

En general el límite para denominar a un agua como dura una dureza superior a 120 mg CaCO3/L

UTILIZACIONEn muchos procesos industriales el agua dura tiene un valor importante, tales como la preparación de agua potable, en cervecerías y en sodas, pero también para el agua de refrigeración y de alimentación de la caldera la dureza del agua es muy importante.

PROBLEMAS

Las aguas duras traen consigo una serie de inconvenientes, con incidencia fundamentalmente económica: mayor consumo de jabón, incrustaciones en cañerías y tanques de agua, aumento de costos en las industrias debido a la necesidad de efectuar tratamientos para ablandar el agua, etc.

Son perjudiciales para la salud

5


AGUA BLANDAEs aquella agua que posee un bajo nivel de minerales especialmente libre de los iones calcio y magnesio en general.

VENTAJAS Muy utilizado por las industrias para el lavado de sus productos e instrumentos de

producción (tanques, calderas, etc.) Se utiliza menor cantidad de detergente para lavar utensilios domésticos y ropa. Menor cantidad de minerales depositados en tuberías, calentadores de agua, etc. Hacer más eficientes los calentadores de agua, disminuyendo el consumo de gas o

electricidad. Disminuyen las manchas de agua en los platos y vasos que se secan al aire y en el

acabado de automóviles. Resulta más agradable tanto para la piel como para el cabello

Protege a los aparatos y a las tuberías que atraviesa. Proporciona mayor comodidad personal y evita la calcificación de las instalaciones,

sobre todo de aquellas destinadas al agua caliente.

USOS PRINCIPALES DEL AGUA BLANDA

Para prevenir la formación de sarro en calderas, calentadores de agua, planchas de vapor y máquinas de lavar platos, etc.

Para pre-tratar el agua de alimentación para equipos de ósmosis inversa

En resumen, el agua blanda se caracteriza por tener una concentración de cloruro de sodio ínfima y una baja cantidad de iones de calcio y magnesio.

Curva de la disolución de CaCO3 (cal) en el agua, en función de la temperatura (T): cuanto más caliente está el agua, menos cal se disuelve y, por consiguiente, se agrava el proceso de calcificación.

6


ABLANDAMIENTO DEL AGUA DURA

Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y magnesio, es llamada agua dura. El agua dura es conocida por taponar las tuberías y complicar la disolución de detergentes en agua.

El ablandamiento del agua dura es una técnica utilizada para eliminar los iones que hacen que un agua sea dura, éstos específicamente están diseñados para eliminar aquellos que están cargados positivamente. Estos dispositivos eliminan mayormente a los iones de calcio y magnesio, es decir, a los minerales duros, convirtiendo el líquido en agua blanda.

¿Por qué se aplica el ablandador de agua?

El ablandamiento del agua es un proceso importante porque la dureza del agua en las casas y en las compañías es disminuida durante este proceso. Cuando el agua es dura, puede atascar las tuberías y el jabón se disolverá menos fácilmente. El ablandamiento del agua puede prevenir estos efectos negativos. El agua dura causa un alto riesgo de depósitos de cal en los sistemas de agua de los usuarios. Debido a la deposición de la cal, las tuberías se bloquean y la eficiencia de las calderas y los tanques se reduce. Esto incrementa los costes de calentar el agua para uso doméstico sobre un 15 a un 20%. Otro efecto negativo de la precipitación de la cal es que tiene un efecto dañino en las maquinarias domésticas, como son las lavadoras. El ablandamiento del agua significa aumentan la vida media de las maquinarias domésticas, como son las lavadoras, y aumentar las vida de las tuberías, incluso contribuye a incrementar el trabajo, y una expansión en la vida de los sistemas de calefacción solar, aires acondicionados y muchas otras aplicaciones basadas en agua.

¿Qué hace un ablandador en el agua?

Los ablandadores de agua son específicos intercambiadores de iones que son diseñados para eliminar iones, los cuales están cargados positivamente. Los ablandadores mayormente eliminan los iones de calcio (Ca2

+) y magnesio (Mg2). Calcio y magnesio son a menudo referidos como “minerales duros”. Los ablandadores son algunas veces incluso aplicados para eliminar hierro, cuando el hierro causa la dureza del agua. Los mecanismos de ablandamiento son capaces de eliminar más de cinco miligramos por litro (5 mg/l) de hierro disuelto. Los

7


ablandadores pueden operar de forma automática, semiautomática, o manual. Cada tipo tiene un ratio de actuación. Un ablandador de agua colecta los minerales que causan la dureza y los contiene en un tanque colector y este es de vez en cuando limpiado de su contenido. Los Intercambiadores iónicos son a menudo usados para ablandar el agua. Cuando un intercambiador iónico es aplicado para ablandar el agua, este reemplazará los iones de calcio y magnesio por otros iones, por ejemplo sodio y potasio. Los intercambiadores iónicos son añadidos desde un tanque de intercambiadores de iones que contiene sales de sodio y potasio. (NaCl y KCl)

¿Cuánto tiempo dura un ablandador de agua?

Un buen ablandador de agua durará muchos años. Los ablandadores que fueron provistos en los años 80 trabajan actualmente, y muchos necesitan poco mantenimiento, solamente requieren llenarlos con la sal de vez en cuando.

SALES QUE ABLANDAN

¿Qué tipos de sales se venden para ser usada en los procesos de ablandamiento?

Para ablandar el agua, tres tipos de sales se venden generalmente:

sal de roca sal solar sal evaporada

La sal de roca como mineral ocurre naturalmente en la tierra. Es obtenida de depósitos subterráneos por métodos tradiciones de minería. Contienen entre el noventa y ocho y noventa y nueve por ciento de cloruro de sodio. Tiene un nivel de insolubilidad en agua de cerca de 0,5-1,5% siendo principalmente sulfato cálcico. Su componente más importante es sulfato de calcio.

La sal solar como producto natural se obtiene principalmente con la evaporación del agua de mar. Contiene cloruro de sodio al 85%. Tiene un nivel de insolubilidad en agua de menos de 0,03%. Se vende generalmente en forma cristalina. También se vende a veces en pelotillas.

La sal evaporada se obtiene a través de procesos de minería de depósitos subterráneos que contienen la sal, esta sal se disuelve. La humedad se evapora, usando energía como es el gas natural o el carbón. La sal evaporada contiene cloruro de sodio entre un 99,6 y 99,99%.

8


¿Debemos utilizar la sal de roca, la sal evaporada o la sal solar en un ablandador de agua?

La sal de roca contiene mucha materia que no es soluble en agua. Consecuentemente, los depósitos que ablandan tienen que ser limpiados mucho más regularmente, cuando se utiliza la sal de roca. La sal de roca es más barata que la sal evaporada y la sal solar, pero la limpieza del depósito puede tomar mucho tiempo y energía.

La sal solar contiene un poco más de materia insoluble que la sal evaporada. Cuando uno toma la decisión sobre que sal usar, la consideración debe basarse en cuanta cantidad de sal es usada, con qué frecuencia el ablandador necesita ser limpiado, y el diseño de la unidad de ablandador. Si el uso de sal es bajo, otros productos pueden ser usados alternativamente. Si el uso de sal es alto, sales insolubles pueden ser rápidas cuando se usa sal solar. Adicionalmente, el reservorio necesitará mayor frecuencia de limpiado. En este caso la sal evaporada es recomendada.

¿Es dañino mezclar diversas clases de sal en un ablandador de agua?

No es generalmente dañina, pero hay tipos de ablandadores que se diseñen para productos específicos para el ablandado del agua. Al usar productos alternativos, estos ablandadores no funcionarán bien.La sal evaporada que se mezcla con la sal de roca no se recomienda, pues ésta podría estorbar el depósito que ablandaba. Se recomienda que usted permita que su unidad este vacío de un tipo de sal antes de agregar otra para evitar la aparición de cualquier problema.

¿Con qué frecuencia debe uno agregar la sal al ablandador?

La sal se agrega generalmente al depósito durante la regeneración del ablandador. Cuanto más a menudo el ablandador se regenera, más a menudo la sal necesita ser agregada.Los ablandadores de agua se comprueban generalmente una vez al mes. Para garantizar una producción satisfactoria de agua blanda, el nivel de sal se debe mantener por lo menos lleno hasta la mitad siempre.

¿Por qué a veces el agua no se ablanda cuando se la agrega la sal?

Antes de que la sal comience a trabajar en un ablandador de agua, este necesita un pequeño rato de residencia dentro del depósito, desde que la sal se disuelve lentamente. Cuando uno comienza inmediatamente la regeneración después de agregar la sal al depósito, el ablandador de agua puede no trabajar según estándares. Cuando no ocurre el ablandado del agua puede también indicar el malfuncionamiento del producto ablandador, o un problema con la sal que es aplicada.

ABLANDAMIENTO DEL AGUA POTABLE 9


¿Las compañías productoras de agua potable siempre producen agua blanda?

Aunque las compañías productoras de agua tienen la oportunidad de producir agua blanda, ellos no siempre lo hacen así. Una compañía productora de agua solo tiene que añadir al agua un ablandador en su sistema de purificación, para producir agua blanda barata. Pero cuando los consumidores no pueden ser capaces de tener la elección tienen que beber agua no blanda. Los problemas del agua dura ocurren mayormente cuando el agua es calentada. Como resultado, el agua dura causa algunos problemas en los suministros de agua de las compañías, especialmente cuando solo el agua fría corre a través de las tuberías.

¿Es el agua ablandada segura de beber?

El agua ablandada todavía contiene todos los minerales naturales que necesitamos. Se priva solamente de su contenido en calcio y en magnesio, el sodio es añadido en el proceso de ablandamiento. Eso es porqué en la mayoría de los casos, el agua ablandada es perfectamente segura de beber. Es recomendable que como agua ablandada contenga solamente hasta 300mg/L de sodio. En áreas con aguas de alta dureza y que es ablandada no debe de usarse para preparar la leche de los niños, debido al alto contenido en sodio que se produce por el proceso de ablandamiento llevado a cabo.

¿El ablandar el agua potable la privará de minerales esenciales?

El ablandar no privará el agua de sus minerales esenciales. El ablandar priva solamente al agua potable de los minerales que hacen el agua ser dura, por ejemplo el calcio, magnesio e hierro.

MANTENIMIENTO DE LOS ABLANDADORES

¿Cuándo necesita la resina de ablandamiento ser reemplazada?

Cuando el agua no es suficientemente blanda, uno debería considerar primero los problemas de la sal que es usada, o malfuncionamiento de la maquinaría, o los componentes de ablandamiento. Cuando estos elementos no son la causa de la insatisfactoria ablandación del agua, quizás es tiempo de reemplazar la resina de ablandamiento, o incluso todo el sistema de ablandamiento.

¿Necesita el tanque de sal del ablandador ser limpiado?

10


Usualmente no es necesario limpiar el tanque que contiene la sal, al menos que la sal producto sea usada en elevada materia orgánica, o que haya un serio malfuncionamiento de cualquier tipo.Si hay deposición de sal en la resina, el reservorio debería ser limpiado para prevenir el malfuncionamiento del ablandador.

¿Qué es 'mushing' y por qué debe evitarse? Cuando pelotitas de sal sueltamente o sal de tipo cúbica es usada en la resina, esto puede formar pequeños cristales de la sal evaporada, los cuales son similares a la sal de mesa. Estos cristales pueden unirse, creando una masa gruesa en el tanque de la sal. Este fenómeno, comúnmente es conocido como 'mushing', puede interrumpir la producción de la sal. La producción de la sal es un elemento importante para refresco de las gotas de resina en el agua blanda. Sin producción de sal, un sistema de ablandamiento de agua no es capaz de producir agua blanda.

ABLANDAMIENTO EN USOS DOMÉSTICOS

¿Puede el agua ser ablandada a lo largo de su movimiento?

Con sistemas de ablandamiento moderno, esto es muy posible que tenga lugar durante el movimiento. Técnicas de instalación envuelven rápidas conexiones, similar a estas, usadas en las lavadoras.

Todo lo que hay que hacer es cerrar la entrada y la salida con válvulas del ablandamiento y mantener abierta la válvula del bypass, permitiendo al agua dura fluir hacia el tanque de almacenaje y los grifos de los usuarios. Después el ablandamiento puede ser desconectado, moviéndolo hacia su nueva localización y colocarlo allí.

¿Pueden los residuos del agua ablandada ser descargados directamente en el jardín?

Como las sales alteran la presión osmótica que las plantas tienen para regular sus necesidades hídricas, la descarga directa de cloruro de sodio o potasio puede ser desaconsejable.

¿Es el agua blanda buena para las pieles secas?

Hay casos en los que se ha comprobado, en caso de gente con condiciones de pieles seca tener beneficio del agua blanda, porque el agua blanda es buena para la piel y el pelo. RESINAS ABLANDADORAS

11


Los suministros de agua natural contienen sales disueltas, las cuales se disocian en el agua para formar partículas con carga, conocidas como iones. Estos iones están presentes por lo general en concentraciones relativamente bajas, y permiten que el agua conduzca electricidad. Algunas veces se conocen como electrolitos. Estas impurezas iónicas pueden causar problemas en los sistemas de enfriamiento y calefacción, generación de vapor, y manufactura. Los iones comunes que se encuentran en la mayoría de las aguas incluyen los cationes de carga positiva; calcio y magnesio cationes que generan dureza, los cuales hacen que el agua sea “dura” y sodio. Los aniones de carga negativa incluyen alcalinidad, sulfato, cloruro, y silicio. Las resinas de intercambio iónico son particularmente adecuadas para la eliminación de estas impurezas por varias razones: las resinas poseen una alta capacidad para los iones que se encuentran en bajas concentraciones, las resinas son estables y se regeneran fácilmente, los efectos de la temperatura son en su mayoría insignificantes, y el proceso es excelente tanto para grandes como pequeñas instalaciones, por ejemplo, desde suavizadores de agua para el hogar hasta grandes instalaciones de servicios.

TIPOS DE RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO

RESINAS DE ÁCIDO FUERTE: Las resinas catiónicas fuertemente acídas derivan su funcionalidad de los grupos ácidos sulfónicos. Estos intercambiadores catiónicos de ácido fuerte funcionan a cualquier nivel de pH, dividen todas las sales, y requieren una cantidad sustancial de regenerante. Esta es la resina que se escoge para casi todas las aplicaciones de suavizado y como primera unidad en un desmineralizador de dos lechos, o como componente catiónico de un lecho mixto.

RESINAS DE BASE FUERTE: Las resinas aniónicas de basicidad fuerte derivan su funcionalidad de los sitios de intercambio de amonio cuaternario. Los dos grupos principales de resinas aniónicas de base fuerte son las de Tipo 1 y Tipo 2, dependiendo del tipo de amina que se utiliza durante el proceso de activación química. Químicamente, los dos tipos difieren en el tipo de especie de sitios de intercambio de amonio cuaternario que exhiben: los sitios de Tipo 1 tienen tres grupos de metilo; en los de Tipo 2, un grupo de etanol reemplaza a uno de los grupos de metilo.

REGENERACION DE RESINAS

Regeneración de resinas de intercambio catiónico: cuando cualquiera de las resinas de intercambio catiónico débiles o fuertes ya no tienen iones hidrógeno

12


para intercambiar, a estas resinas se les regenera haciendo pasar una solución de ácido (normalmente ácido sulfúrico), produciéndose las siguientes reacciones:

R-Ca + H2SO4----- CaSO4 +R-2H (resina regenerada)

R-Mg + H2SO4------MgSO4 +R-2H (resina regenerada)

R-2Na+ H2SO4------Na2SO4 +R-2H (resina regenerada)

R-2K + H2SO4----- K2SO4 +R-2H (resina regenerada)

La regeneración se realiza normalmente en serie y la solución de ácido sulfúrico atraviesa sucesivamente la resina fuertemente ácida y la resina débilmente ácida. El exceso de ácido proveniente de la regeneración de la resina fuertemente ácida es suficiente para regenerar completamente la resina débilmente ácida.

Regeneración de resinas de intercambio aniónico: una vez que las resinas de intercambio aniónico débilmente y fuertemente básicas no tienen más iones OH- que intercambiar con los aniones del agua, estas deben ser regeneradas. Su capacidad de intercambio les es devuelta haciendo pasar una solución de base fuerte (generalmente se emplea hidróxido de sodio), la cual atraviesa primero el intercambiador de las resinas aniónicas de base fuerte y luego el intercambiador de las resinas aniónicas de base débil. El exceso de soda proveniente de la regeneración de las resinas aniónicas de base fuerte es suficiente para regenerar completamente las resinas aniónicas de base débil. Se producirán las siguientes reacciones:

R-2Cl +2NaOH-----R 2OH +2NaCl

R-2NO3 +2NaOH-----R 2OH +2NaNO3

13


R-SO4 +2NaOH-----R 2OH +Na2SO4

R-CO3 +2NaOH----- R 2OH +Na2CO3

R-SiO3 +2NaOH----- R 2OH +Na2SiO3

ABLANDAMIENTO DEL AGUA POR ZEOLITAS

Este método sirve para eliminar dureza del agua y los constituyentes formadores de incrustaciones pero no reduce la cantidad total de sólidos disueltos, puesto que se forman carbonato y sulfato de sodio equivalentes a las sales productoras de dureza eliminadas.

La palabra zeolita se aplica a un grupo de minerales que son esencialmente silicatos hidratados de aluminio, calcio, sodio, potasio o hierro. Las zeolitas que se utilizan para el ablandamiento de aguas son las de silicatos de aluminio y sodio, tanto naturales (natrolita y analcina) como sintéticas que tienen la propiedad de poder cambiar sus bases. Los iones aluminio y potasio sustituyen al ion silicio. El ion aluminio toma el lugar del ion silicio en el centro de un tetraedro del ion silicato y el ion potasio (que es monovalente) se coloca en algún lugar cercano en un orificio de la estructura cristalina. La natrolita, Na2 (Al2Si3O10)2.H2O, y las zeolitas sintéticas se caracterizan por tener una estructura porosa a través de la cual puede pasar la molécula de agua con relativa facilidad.

La zeolita natural se obtiene a partir de la glauconita que es un silicato amorfo hidratado de fierro y potasio que casi siempre contiene calcio y magnesio. Las zeolitas naturales no son muy reactivas comúnmente pero son más estables que las sintéticas.

Cuando el agua que contiene disueltas las sales de

calcio o de magnesio pasa lentamente a

14


través de un lecho de zeolita de sodio insoluble triturada, los iones de calcio y de magnesio en solución tienden a ser atraídos por el mineral, y los iones potasio o sodio se desprenden de la zeolita y se intercambian por el ion calcio o el ion magnesio. A este proceso se le conoce como intercambio iónico. De esta manera la zeolita de sodio se convierte, gradualmente, en una zeolita insoluble de calcio y magnesio, mientras que el agua contiene los iones sodio en cantidad equivalente a los iones de calcio y magnesio que han sido eliminados.

Entre las resinas de intercambio iónico está la polimerización fenol-formaldehído en la que el ácido fenolsulfónico sustituye parte del fenol. El polímero resultante contiene grupos ácido sulfónico (SO3H-) a lo largo de la cadena y puede actuar como resina de intercambio iónico. Utilizándola junto con una resina que intercambie iones OH- por iones negativos tales como los cloruros, carbonatos y bromuros se pueden eliminar sales del agua. El intercambiador de iones H+ elimina a los iones como los de sodio, potasio, magnesio, calcio, fierro y libera iones hidrógeno en el agua, mientras que el otro elimina los iones como cloruros, sulfatos y carbonatos.

Las resinas sintéticas del tipo fenol-formaldehído pueden absorber cationes de las soluciones acuosas diluidas y tener propiedades cambiadoras de hidróxidos. Las resinas más eficaces de este tipo se preparan condensando fenoles polihídricos, tales como el resorcinol, pirogalol, ácido tánico, ácido gálico con formaldehído. Su actividad se incrementa calentando el fenol con sulfato de sodio acuoso durante varias horas antes de la condensación.

Las resinas sintéticas básicas preparadas a partir de la m-fenilendiamina y compuestos similares pueden absorber aniones como el ion cloruro después de activarlas por tratamiento con álcalis. Con el empleo consecutivo de estos dos tipos de resinas puede eliminarse del agua tanto los radicales alcalinos como los ácidos e incluso el agua de mar puede purificarse casi como si fuera agua destilada.

La zeocarb es una sustancia de este tipo y se obtiene tratando carbón o lignito con ácido sulfúrico fumante, ácido clorosulfónico o anhídrido sulfúrico. Presenta propiedades como las de las zeolitas de intercambio normal de álcalis, y el ion hidrógeno de la resina puede intercambiarse por otros cationes, de tal manera que los sólidos totales se pueden eliminar del agua. La regeneración de estas sustancias y de las resinas sintéticas se completa por tratamiento con salmuera y ácido sulfúrico.

La zeolita inactiva puede regenerarse lavando el lecho con una solución concentrada de cloruro de sodio. De esta manera la zeolita puede volverse a utilizar para eliminar los iones de calcio y magnesio. La zeolita puede utilizarse casi indefinidamente alternando el uso y la regeneración con la solución de cloruro de sodio y el lavado. Siempre hay que reponer una cierta cantidad de zeolita ya que se

15


desintegra cierta cantidad, especialmente si se utiliza agua caliente o si se deja que la zeolita se agote demasiado antes de la regeneración.

3. MATERIALES:

Pipeta. Vaso colector. Bombilla. Probetas. Bureta. Soporte. Algodón

COMPUESTOS:

Resina Catiónica ( R-(COO)2-Na2+ ) Solución Buffer. (NH3CO2) Indicador Negro de Eriocromo. Agua dura (Caño)

4. PROCEDIMIENTO:

Se prepara cuidadosamente la columna de intercambio en la bureta bien limpia, introduciendo primero un pedazo de algodón, seguidamente de la Resina Catiónica (5ml) la cual es acomodada de tal modo que no sobren espacios entre el algodón y la resina.

Agregamos agua de caño sobre la bureta y graduamos su llave de tal modo que el líquido fluya a razón de 2 gotas por segundo.

En seguida analizamos parte del agua acumulada en el vaso colector, para ello le agregamos gotas de solución Buffer y gotas de Indicador negro de Ericromo, según las proporciones:

Sol. Buffer Ind. Negro Ericromo Vol. agua blanda analizada

20 gotas 6 gotas 50 ml

16


Finalmente analizamos los resultados, después de agregar el buffer y el negro de ericromo, según:

AGUA BLANDA: Coloración Azul

AGUA DURA : Coloración Roja

17


5. PARTE EXPERIMENTALMétodo cuantitativo de aguas duras:

V muestra EDTA=20 ml V muestra EDTA=20 mlV gastado EDTA=2.1ml V gastado EDTA = 13 ml

D=1000 .f.VG D=1000 .f.VG VM VM

f=1 f=1

18

EDTAEDTA

AGUA BLANDA (MUESTRA DEL LABORATORIO) +NET+SOLUCION BUFER

AGUA DURA (CAÑO) +NET+SOLUCION BUFER


D=1000x1x2.1/20 D=1000x1x13/20

D = 105 p.pm D= 650 p.p.m

Agua medianamente dura Agua muy dura

Para lograr el ablandamiento del agua hay que eliminar los iones de calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) que causan la dureza del agua; para lo cual se utilizará la tecnología del intercambio iónico.

R – (COO)-2Na+2 + Ca2+ R – (COO)-2Ca2+ + Na+

Resina catiónica agua dura agua blanda

Cálculo teórico del rendimiento de la resina:

1 pie3 Resina 5 m3 agua blanda

28.32 l Resina 5000 l agua blanda

5 ml Resina a ml agua blanda

Resolviendo: a = (5 x 5000) / 28.32 = 882.8 ml

Cantidad obtenida en laboratorio: 560 ml

Cálculo del rendimiento de la experiencia:

% rend = (560 / 882.8) x 100 = 63.4%

19


Luego de haber saturado por completo la resina, con partículas de calcio y magnesio, se somete a la resina a un tratamiento con NaCl para regenerarla.

20 Lb NaCl 5% 1 pie3 resina

1 Lb NaCl 28320 ml resina

mNaCl 5 ml resina

Resolviendo: mNaCl = (5 x 1) / 28320 = 1.8 x 10-4 Lb = 0.09 gr

Lo que representa 1.8 gr de NaCl al 5%

6. CONCLUSIONES:

A mayor dureza mayor EDTA es consumido.

El agua desionizada y destilada son aguas blandas.

El agua de caño es agua muy dura.

En la experiencia se observa que la cantidad de sales minerales que posee el agua, influyen a su composición, lo que hace que se divida en aguas duras y blandas.

A través del jabón se puede comprobar si un agua es del tipo dura o blanda, debido a la formación de espuma, si se genera mucha espuma se dice que es un agua blanda, y si se observa lo opuesto por ende, el agua es dura.

Determinación de la dureza es una prueba analítica que proporciona una medida de la calidad del agua potable para uso doméstico e industrial.

7. RECOMENDACIONES:

Lavar bien los recipientes, pues un poco de suciedad en los recipientes usados con otras muestras transformaría el agua blanda en dura.

Realizar la titulación con mucha precisión, para que el volumen del EDTA, no se vea alterado y el cálculo de la dureza del agua afectado.

20


En el punto final, la solución suele ser de color azul. Se recomienda utilizar luz natural o una lámpara fluorescente, ya que las lámparas de incandescencia tienden a producir un matiz rojizo en el color azul del punto final.

8. APLICACIÓN A LA ESPECIALIDAD:

Para determinar la dureza en aguas para consumo humano, subterráneas y superficiales.

El agua dura también influye en la preparación de los alimentos, particularmente en la cocción de legumbres ya que el calcio y el magnesio reaccionan con un constituyente de las mismas, formando un compuesto insoluble que retarda el proceso de cocción, con el consiguiente gasto de energía calorífica que ello representa.

Las tuberías por las que circula agua dura, caliente o fría, se van obstruyendo con la consiguiente disminución de su sección útil. En el caso de instalaciones de bombeo se necesitan mayores potencias para obtener las mismas condiciones iníciales de caudal y presión. La formación de incrustación llega a taponar totalmente las conducciones

9. CUESTIONARIO

1.- EXPLIQUE DETALLADAMENTE EL CICLO HÍDRICO

El ciclo hidrológico como una serie de reservas, o áreas de almacenamiento, y una serie de procesos que causan que el agua se mueva entre estas reservas. Las reservas más grandes, de lejos, son los océanos, que contienen aproximadamente un 97% del agua de la Tierra. El 3% restante es el agua dulce, tan importante para nuestra sobre vivencia. De ésta, aproximadamente 78% está almacenada en la Antártica y en Groenlandia. Aproximadamente 21% de agua dulce en la Tierra es agua almacenada en sedimentos y rocas debajo de la superficie de la tierra. El agua dulce que vemos en los ríos, arroyos, lagos y en la lluvia constituye menos del 1% del agua dulce de la Tierra y menos que el 0.1% de toda el agua de la Tierra.

21


El ciclo hidrológico. Las flechas indican el volumen del agua que viaja de una reserva a otra.

El océano y la atmósfera

El agua se mueve constantemente de una reserva a otra a través del proceso de evaporación, condensación, y precipitación. La fuerza motriz del ciclo hidrológico es el sol, que provee la energía necesaria para la evaporación, de igual manera que la llama del gas de la cocina provee la energía necesaria para hervir agua y crear vapor. El agua cambia de un estado líquido a un estado gaseoso cuando se evapora de los océanos, lagos, arroyos, y suelo de la tierra.

Puesto que los océanos constituyen la reserva mayor del agua líquida, es ahí donde ocurre casi toda la evaporación. La cantidad de agua en forma de vapor en el aire varía inmensamente de un momento a otro y de un lugar a otro. Estas variaciones son conocidas como humedad.

La presencia del agua en forma de vapor en la atmósfera es uno de los factores que hace que la Tierra sea un lugar habitable para nosotros. En 1859, el naturalista Irlandés John Tyndall, empezó a estudiar las propiedades termales de los gases en la atmósfera de la Tierra. Encontró que algunos gases, como el dióxido de carbón (CO2) y el agua en forma de vapor, atrapaban el calor en la atmósfera (una propiedad comúnmente llamada efecto invernadero), mientras que otros gases como el nitrógeno (N2) y el argón (Ar) le permitían al calor escapar al espacio. La presencia del agua en la atmósfera ayuda a mantener la temperatura del aire en la superficie de la tierra entre -40° C a 55° C. Las temperaturas en los planetas sin agua en forma de vapor en la atmósfera, como Marte, se mantienen tan bajas como -100° C.

Una vez que el agua en forma de vapor está en el aire, circula en la atmósfera. Cuando un paquete de aire se eleva y se enfría, el agua en forma de vapor se condensa y se convierte en agua líquida alrededor de partículas parecidas al polvo,

22


llamadas condensación nucléica. Inicialmente estas gotas de condensación son mucho más pequeñas que las gotas de lluvia y no son suficientemente pesadas como para formar una precipitación. Estas pequeñas gotas de agua crean nubes. A medida que las gotas continúan circulando dentro de las nubes, se unen y forman gotas más grandes que eventualmente serán suficientemente pesadas para caer como lluvia, nieve o granizo. A pesar de que la cantidad de la precipitación varía en gran medida en diferentes lugares de la Tierra, la evaporación y la precipitación están globalmente balanceadas. En otras palabras, si la evaporación aumenta, la precipitación también aumenta. El aumento de la temperatura global es un factor que podría causar un aumento global en la evaporación de los océanos mundiales, lo cual causaría una precipitación total mayor.

Puesto que los océanos cubren alrededor de 70% de la superficie de la tierra, la mayor parte de la precipitación cae de nuevo al océano y el ciclo empieza otra vez.

Una porción de la precipitación cae sobre el suelo, sin embargo, y toma uno de varios caminos del ciclo hidrológico. Un poco de agua va para el suelo y las plantas, otro poco corre hacia los arroyos y lagos, otro poco se filtra en la reserva de agua del suelo terrestre, y otro poco cae en los glaciares y se acumula en forma de hielo.

El ciclo hidrológico en el suelo terrestre

La cantidad de precipitación que se absorbe en el suelo depende de varios factores: la cantidad y la intensidad de la precipitación, la condición anterior del suelo, la inclinación del paisaje, y la presencia de vegetación. Estos factores pueden a veces interactuar de manera sorprendente. Así, muchas veces, una intensa lluvia en un suelo muy árido, típico del desierto del sudoeste Norteamericano no se absorbe en el suelo y crea inundaciones instantáneas. De esta manera, el agua que no se absorbe está disponible a las plantas. En un proceso llamado transpiración, las plantas, a través de sus raíces, toman el agua que sube a través de sus diferentes partes y se evapora de la superficie de las hojas. El agua que se absorbe en el suelo también puede seguir absorbiéndose a través del suelo hacia unas reservas terrestres llamadas acuíferos. De manera errónea, se visualiza a los acuíferos como unos lagos subterráneos. En realidad, de lo se trata es de que el agua del suelo terrestre llena los espacios porosos entre los sedimentos o rocas.

23


El agua en el suelo terrestre existe debajo del manto de agua, que divide el suelo, las rocas y los sedimentos no saturados de los saturados.

El agua que no penetra en el suelo se une y viaja a través de la superficie hasta desembocar en los arroyos y ríos que, a su vez , desembocan en el océano. La precipitación en forma de nieve en las regiones glaciares toma una ruta diferente en el ciclo hidrológico, acumulándose en las cimas de los glaciares y deslizándose despacio hacia los valles.

2.- ¿A QUÉ SE DEBE LA DUREZA DEL AGUA?

La dureza del agua es debida a sales de calcio y magnesio. Estas sales de sulfatos, nitratos y clorados son altamente solubles en agua y son sin embargo componentes relativamente estables de la dureza.

3.- ¿QUÉ ES DUREZA PERMANENTE?

La Cantidad en las que están presentes LAS SALES DE SULFUROS , NITRATATOS es llamada dureza permanente, estas son parte de la dureza general o GH, podemos decir por ejemplo Cloruro de Calcio, Sulfato de Calcio, Nitrato de Calcio, Cloruro de Magnesio, Sulfato de Magnesio y Nitrato de Magnesio, entre otros.

4.- ¿QUÉ ES LA DUREZA TEMPORAL?

Es la porción de la dureza total que se elimina con la ebullición del agua, compuesta principalmente por iones carbonato y bicarbonato.

24


5.- ¿A QUÉ SE DENOMINA ALCALINIDAD F, ALCALINIDAD M EN ANALISIS DE AGUA?

Se denomina al tipo de alcalinidad que tiene las sustancias.

F = Representa la alcalinidad mostrada por la fenoltaleina.

T = Representa la alcalinidad total

M =T-F ; alcalinidad adicional mostrada por al anaranjado de metilo solo

F = T o M=0

F indica hidróxido o carbonato si hubiera carbonatos en la muestra, estos darían un

valor positivo de M, porque el punto final de la fenolftaleína ocurre cuando la mitad de

la reacción de los carbonatos es completa. Si M = 0, no hay entonces carbonatos

presentes, porque en este caso F es hidróxido solamente.

Condición 2: F > ½ T, pero menor que T, o cuando M> 0.

Desde que M>0 hay alguna alcalinidad presente debida a carbonatos M mide de los

carbonatos; por lo tanto, los carbonatos es igual a 2 M = 2 (T-F). Pero la condición

indica que F>½ T o mayor que 2 M; por lo tanto, hay alguna alcalinidad presente por

hidróxido. La alcalinidad de hidróxido es igual a la total alcalinidad menos la alcalinidad

debida a carbonatos ó T - 2 (T-F) = 2 F - T.

Condición 3: Cuando F = ½ T ó F = M

Desde que M representa la mitad de los carbonatos y desde que F = M, entonces F

representa la otra mitad y solamente carbonatos están presentes. Carbonatos 2F = T.

Condición 4: F < ½ T (M > F)

M puede ser mayor que F, solamente cuando bicarbonatos están presentes en adición

a carbonatos. Esto excluye a hidróxidos. La alcalinidad representa por F es la mitad de

los carbonatos. Entonces 2F = Carbonatos y los bicarbonatos = T - 2F.

25


Condición 5: F = 0 y M > 0

En este caso no hay hidróxidos ni carbonatos.

Toda la alcalinidad es de bicarbonatos = T CO3 y OH

6.- ¿A QUÉ SE DENOMINA LAS INCRUSTACIÓN Y A QUE SE DEBE?

En las industrias, el agua dura no puede ser utilizada para alimentar calderas, ya que dan origen a "incrustaciones"(costras) en los equipos. Este problema se genera por dos causas, la presencia de bicarbonatos solubles de calcio y magnesio, Ca(HCO3)2 y Mg(HCO3)2 y la de otras sales solubles de estos cationes, tales como sulfato, nitratos y cloruros, CaSO4, Ca(NO3)2, CaCl2, etc.Los bicarbonatos (solubles) se transforman en carbonatos (insolubles) a la temperatura de ebullición del agua, produciendo la "incrustación", según las siguientes ecuaciones (para el Ca).

Ca (HCO3)2 Ca2+ + 2 HCO3

A t° elevada: 2 HCO3- CO32- + CO2 + H2O

Ca2+ + CO32- CaCO3 (incrustación)

Las restantes sales solubles se concentran al evaporarse el agua, y al alcanzar su saturación se depositan en el interior de la caldera contribuyendo a la formación de la incrustación.Por ese motivo, es necesario someter el "agua dura" a un "ablandamiento" o "intercambio" iónico*, para eliminar los cationes Ca2+ y Mg2+ antes de su ingreso a la caldera.

7.- SEGÚN SU DUREZA COMO SE CLASIFICA EL AGUA

TIPO DE AGUA DUREZA DEL AGUA (°dh)

MUY BLANDA 0-4

26


BLANDA 4-8

ALGO DURA 8-12

BASTANTE DURA 12-18

DURA 18-30

MUY DURA >30

8.-DETALLAR QUE SON RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO.

Son sustancias granuladas insolubles las cuales tienen en su estructura molecular radicales ácidos o básicos que pueden ser intercambiados. Los iones positivos o negativos fijados en estos radicales serán reemplazados por iones del mismo signo en solución en el líquido en contacto con ellos. El intercambio iónico es completado sindeteriorización o solubilización Cambiando el número total de iones en el líquido antes del intercambio. Hoy en día, las sustancias de intercambiadores de iones son usadas casi exclusivamente sobre el nombre de resinas. Hay dos categorías de resinas: las resinas del tipo gel y estas otras de macroporos o de tipo de unión cruzada suelta. Sus estructuras básicas son prácticamente la misma: la estructura de macromolécula es obtenida en ambos casos por co-polimerización. La diferencia entre ellas reposa en sus porosidades.

Resinas tipo Gel tienen una porosidad natural limitada entre las distancias intermoleculares. Esta es una estructura tipo microporo.

Resinas tipo Macroporos tienen una porosidad artificial adicional la cual es obtenida por la adición de sustancias diseñadas para esta proposición.

El intercambiador es conocido como monofuncional si hay solo una variedad de radicales y este es llamado polifuncional si la molécula contiene varios tipos de radicales.

9.- EXPLIQUE LA FORMACION DE PRECIPITADO DEL JABON CON AGUA DURA

El precipitado se forma por que el agua dura contiene sales de calcio y magnesio por eso se forma precipitado.

10.-CUANDO UNA SOLUCIÓN DE BICARBONATO DE SODIO TIENE INDICADOR FENOFTALEINA EL COLOR ES UN GROSELLA CLARO. SI ESTA SOLUCIÓN SE HIERVE EL COLOR SE HACE ROJO INTENSO, EXPLIQUE.

27


Esto ocurre a la composición de las sustancias y es porque cada sustancia es diferente de otro, ya que al hervir esta se podrá tener otro color como el rojo intenso

BIBLIOGRAFÍA

Química, la ciencia central de Brown & Le May & Bursten, 1993 Prentice Hall Iberoamericana.

Química de Chang, 1992 Mc Graw-Hill.

Determinación de Dureza en agua Método 2340 C, 1995

http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Water_purification

http://www.oei.org.co/fpciencia/art20.htm

PRINCIPIOS DE QUÍMICA, Caselles Pomares, Josefa.

28

http://www.oei.org.co/fpciencia/art20.htm

http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Water_purification


29

Documents

Inf lab 8