UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALAFACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIASESCUELA DE INGENIERÍA AGRONÓMICACÁTEDRA: QUÍMICA AGRÍCOLAPROFESOR: DR. PATRICIO REYESALUMNO: PABLO ERNESTO VILLA GUERREROCICLO: CUARTO “A”FECHA: MIÉRCOLES, 21 DE DICIEMBRE DEL 2011INFORME: 4TEMA:

DETERMINACIÓN DE LA DUREZA (AGUA)

MACHALA - EL ORO – ECUADOR

2010 – 2011

I. INTRODUCCIÓN

Este es un trabajo de laboratorio, realizado por los alumnos del cuarto ciclo de

ingeniería agronómica, el cual consistió en establecer la dureza del agua mediante un

proceso de titulación con EDTA y gravimetría y así obtener cantidad de las sales de

carbonato de calcio y magnesio de la respectiva muestra.

Este trabajo es de mucha importancia, porque tenemos contacto con la realidad y hemos

asegurado mayor aprendizaje a través de la práctica, logrando superar ciertas dudas

sobre el tema tratado y mediante sencillos procesos determinar la dureza del agua.

En este trabajo se han planteado los siguientes objetivos:

‐ Determinar la dureza total de las diferentes muestras de aguas.

‐ Establecer la dureza del calcio de las diferentes muestras de aguas.

‐ Obtener la dureza del magnesio de las diferentes muestras de aguas.

‐ Interpretar la dureza de las diferentes muestras de aguas.

Este trabajo se lo llevó a cabo en el Laboratorio de Química de la Facultad de Ciencias

Agropecuarias de la Universidad Técnica de Machala, el día 14 de diciembre del 2011.

II. REVISIÓN LITERARIA

2.1. DUREZA DEL AGUA

BARROW, G (1997) Afirma que la dureza de las aguas naturales es producida sobre

todo por las sales de calcio y magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio

y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se

denomina dureza temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo

esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no carbónica o

permanente. Las aguas que poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato

de sodio y cal, o filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales que absorben los

iones metálicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. La dureza, por

lo general, se expresa como el número equivalente de miligramos de carbonato de calcio

(CaCO3) por litro.

KIMMER, F y McCALLION, J (1982), indican que la dureza es la solución en agua

tanto de calcio como de de magnesio en forma de cationes, independientemente de la

naturaleza de los aniones presentes. Esta se ha expresado, por lo general, en función del

carbonato de calcio, CaCO3.

IÑIGUEZ, M (1999) afirma que en aguas ricas en iones bicarbonatados hay la tendencia

del calcio y del magnesio a precipitarse en forma de carbonatos a medida que la

solución del suelo se vuelve más concentrada. Esta reacción no se complementa

totalmente en circunstancias ordinarias, pero a medida que tienen lugar, las

concentraciones de calcio y magnesio se reducen, aumentando la proporción relativa de

sodio.

JENKINS, D. et. al. (1983), detallan que la dureza es una propiedad ocasionada por la

presencia de cationes metálicos polivalentes. Se manifiesta por reacciones entre los

cationes de dureza y los jabones que forman precipitado y entre los cationes de dureza y

ciertos aniones (por ejemplo, (SO4)2-, (CO3)2- ) para formar incrustaciones. La dureza de

las aguas naturales se debe en gran parte a los aniones Ca2+ y Mg2+. Con frecuencia la

dureza se mide a través de la aplicación del principio de quelación.

2.2. UNIDAD DE LA DUREZA

KIMMER, F y McCALLION, J (1982), explican que la dureza se ha expresado, por lo

general, en función del carbonato de calcio, CaCO3, puesto que el peso molecular del

CaCO3 es 100 y su peso equivalente es 50, proporcionando una unidad conveniente de

intercambio para expresar a todos los iones en agua, en vez de mostrar a cada uno de

ellos con su propio peso equivalente.

2.3. ORIGEN DE LA DUREZA

KIELY, G (1999) indica que el agua subterránea que pasa a través de la caliza disuelve

los compuestos de calcio y magnesio que provocan la dureza. En consecuencias, las

aguas son comunes en las zonas calizas, con concentraciones totales que varían de 200 a

400 mg/L.

S.A. (2004) un autor detallo que la forma de dureza más común y problemática es la

causada por la presencia de bicarbonato de sodio [Ca (HCO3)2]. El agua la adquiere

cuando la lluvia pasa por piedra caliza (CaCO3). Cuando el agua de lluvia cae disuelve

dióxido de carbono (CO2) del aire y forma ácido carbónico (H2CO3), por lo que se

acidifica ligeramente:

CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (ac)

El carbonato de sodio (CaCO3) no es muy soluble en agua, sin embargo, cuando el ácido

diluido pasa por la piedra caliza reacciona formando bicarbonato de sodio [Ca(HCO3)2]

que sí es soluble en agua:

CaCO3 (s) + H2CO3 (ac) Ca2+ (ac) + 2HCO3

- (ac)

Por lo tanto, el agua de lluvia toma iones calcio Ca2+ y iones bicarbonato HCO3

- y se

vuelve dura. Cuando el agua dura se calienta las dos reacciones anteriores se revierten y

se forma carbonato de calcio, agua y dióxido de carbono:

Ca2+ (ac) + 2HCO3- (ac) CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

El carbonato de calcio (CaCO3) es mucho menos soluble en agua que el bicarbonato de

calcio [Ca(HCO3)2] por lo que se precipita formando un sólido conocido como sarro,

incrustaciones o incrustaciones de calcio.

2.4. TIPOS DE DUREZA

BOLA, A (2004), enumera dos tipos de dureza, los cuales son:

2.4.1. 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".

2.4.2. 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".

2.5. INTERPRETACIÓN DE LA DUREZA

BOLA, A (2004), expresa que según la American Society for testing and Materials,

establece la interpretación de la dureza de la siguiente manera:

Dureza como CaCO3 Interpretación

0-75 Agua suave75-150 Agua poco dura150-300 Agua dura

> 300 Agua muy dura

BOLA, A (2004), señala que el agua potable tiene un límite máximo permisible de 300

mg/l de dureza.

2.6. GRADO HIDROTIMÉTRICOS Y ALCALIMÉTRICOS

2.6.1. Grado hidrotimétricos

BARRAQUÉ, C. et. al. (1978), indican que el grado hidrotimétrico (TH) indica el

contenido global en sales de calcio y magnesio que hacen al agua dura. Los grados

hidrométricos indican la cantidad de bicarbonatos, sulfatos, cloruros, etc., de las sales

alcalinotérreas contenidas en el agua. Se distingue para ello:

‐ TH total: indica de una manera global el contenido en sales de Ca y Mg.

‐ TH cálcico: indica el contenido global en sales de Ca

‐ Dureza carbonatada: indica el contenido en hidrogeno-carbonatos y carbonatos

de calcio y de magnesio.

‐ Dureza no carbonatada: indica el contenido en sulfatos y cloruros de calcio y

magnesio. Es igual a la diferencia de TH total – Dureza carbonatada.

2.6.2. Grados alcalimétricos

BARRAQUÉ, C. et. al. (1978), detallan que la medida de la alcalinidad se efectúa con

una solución valorada de acido en presencia de fenolftaleína (grado alcalimétrico simple

TA) o de anaranjado de metilo o heliantina (grado alcalimétrico completo TAC).

Los valores TA y TAC indican el contenido del agua en hidróxidos, carbonatados o

bicarbonatados alcalinos o alcalinotérreos.

2.7. BENEFICIO DE LA DUREZA DE UNA AGUA

El agua dura es beneficiosa en agua de riego porque los iones alcalinotérreos, tienden a

flocular (formar agregados) con las partículas coloidales del suelo y, como

consecuencia, aumenta la permeabilidad del suelo al agua.

III. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1. DETERMINACIÓN DE LA DUREZA TOTAL.

3.1.1. Materiales

‐ Muestra de agua

‐ Balanza eléctrica

‐ Erlenmeyer

‐ Pipeta graduada de 50 ml

‐ Agua destilada

‐ Bureta

‐ Soporte para bureta

Reactivos

‐ Buffer

‐ Eriocromo negro T. (indicador)

‐ EDTA 0, 01M [Acido Etilen Diamino Tetra Acético Disódico (di hidratado)]

3.1.2. Método

‐ Obtener con una pipeta graduada 50 ml de una muestra de agua, y depositarlos

en un erlenmeyer.

‐ Agregar 2 ml de una sustancia buffer, a la muestra problema. Para la preparación

del buffer se obtienen los pesos de las sustancias de 1 y se afora a 50ml. Esta

solución se complementa con las sustancias de 2 y se afora a 250ml

1. (1,179g EDTA + 0,78g SO4Mg.7H2O) / 50ml

2. (16,9g ClNH4 + 143ml NH4OH) / 250ml

‐ Adicionar 0,4g de Eriocromo negro T (ENT), que se lo utiliza como un

indicador. Cuya preparación se muestra a continuación.

[0,5g ENT + 100g ClNa]

‐ Titular el contenido del erlenmeyer con EDTA 0,01M, hasta punto final azul.

‐ Determinar el gasto de la bureta del EDTA, y calcular la dureza total de la

muestra problema, mediante la siguiente fórmula:

Dureza total = [volumen del EDTA x 2]

La dureza, está dada en unidades de ppm CO3Ca

3.2. DETERMINACIÓN DE LA DUREZA DEL CALCIO.

3.2.1. Materiales

‐ Muestra de agua

‐ Balanza eléctrica

‐ Erlenmeyer

‐ Pipeta graduada de 50 ml

‐ Agua destilada

‐ Bureta

‐ Soporte para bureta

Reactivos

‐ Hidróxido de sodio (NaOH)

‐ Murexide (indicador)

‐ EDTA 0,01M [Acido Etilen Diamino Tetra Acético Disódico (di hidratado)]

3.2.2. Método

‐ Obtener con una pipeta graduada 50 ml de una muestra de agua, y depositarlos

en un erlenmeyer.

‐ Agregar 2 ml de hidróxido de sodio (NaOH) a la muestra problema.

‐ Adicionar 0,4g de Murexide. La preparación del Murexide se muestra a

continuación:

[0,2g Murexide + 100g ClNa]

‐ Titular el contenido del erlenmeyer con EDTA 0,01M, hasta punto final purpura.

‐ Determinar el gasto de la bureta del EDTA, y calcular la dureza del calcio de la

muestra problema, mediante la siguiente fórmula:

Dureza del calcio = [volumen EDTA x 20]

La dureza del calcio esta dado en unidades de ppm CO3Ca

3.3. OBTENCIÓN DE LA DUREZA DE MAGNESIO.

Obtenidos los valores de la dureza total y la dureza del calcio, se despeja la dureza del

magnesio de la formula de la dureza total de una muestra de agua, de la siguiente

manera:

Dureza total = Dureza del calcio + Dureza del magnesio

Dureza del magnesio = Dureza total – Dureza del calcio

La dureza del magnesio esta dado en unidades de ppm CO3Ca

IV. RESULTADOS

Cuadro 1. Determinación total de la dureza de una muestra de agua, el 14 de diciembre

del 2011.

Lugar de la muestraVolumen de la

muestraGasto del

EDTAppm CO3Ca

total

Agua de riegoAgua potableAgua de pozo

50,00ml50,00ml50,00ml

8,25ml8,50ml5,59ml

165,00 mg/lt170,00 mg/lt111,80 mg/lt

Cuadro 2. Determinación de la dureza de las sales de calcio de una muestra de agua, el

14 de diciembre del 2011.

Lugar de la muestraVolumen de la

muestraGasto del

EDTAppm CO3Ca

calcio

Agua de riegoAgua potableAgua de pozo

50,00ml50,00ml50,00ml

1,75ml4,25ml1,70ml

35,0085,0034,00

Cuadro 3. Obtención de la dureza de las sales de magnesio de una muestra de agua, el

14 de diciembre del 2011.

Lugar de la muestra

DurezaInterpretaciónppm CO3Ca

magnesioppm CO3Ca

calcioppm CO3Ca

total

Agua de riego

Agua potableAgua de

pozo

130,0085,0077,80

35,0085,0034,00

165,00170,00111,80

Agua duraAgua dura

Agua poca dura

Diagrama 1. Comparación de la dureza de las sales de magnesio, calcio y dureza total

de las muestra de agua utilizadas en la práctica, el 14 de diciembre del 2011.

Calcio Magnesio Dureza total

35.0

130.0

165.0

85.0 85.0

170.0

34.0

77.8

111.8

Agua de riego Agua potable Agua de pozo

V. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

5.1. DISCUSIONES

‐ La dureza total de la muestra del agua de riego es de 165,00 ppm CO 3Ca, según

la interpretación establecida en la revisión literaria es una agua dura, esto se

debe a que es una agua subterránea que pasa a través de la caliza que disuelve

los compuestos de calcio y magnesio que provocan la dureza y esto conllevaría a

poder perjudicar los cultivos.

‐ En cuadro 3 la dureza del calcio es mayor a la dureza del magnesio en el agua de

riego y en el agua de pozo, estas dos siendo de origen un pozo subterráneo, por

ende estas muestras son aguas próximas a ser salinas, a diferencias de la muestra

del agua potable, que existe una igualdad entre la dureza de calcio y magnesio,

que sería una agua casi normal. Esto se debe principalmente a la dureza de

calcio, que influye directamente a la salinidad del agua.

5.2. CONCLUSIONES

‐ Las aguas subterráneas tienden a ser duras ya que pasan a través de la caliza que

disuelve los compuestos de calcio y magnesio que provocan la dureza.

‐ Cuando la dureza de calcio es mayor a la dureza de magnesio, se puede

especificar que es una agua normal, mientras que si la dureza de magnesio es

mayor a la dureza de calcio se manifiesta que es una gua próxima a ser salina.

VI. BIBLIOGRAFÍA

1. BARRAQUÉ, C. et. al. 1978. Manual del agua. España. Editorial Grafo. S.A.

Págs.: 896-897.

2. BARROW, G. 1997. Química general, tomo I. Editorial Reverté. Págs.: 1-9

3. BOLA, A. 2004. Análisis de dureza de aguas. Recuperado el 20 de diciembre del

2011 de la pagina web: <http://arturobola.tripod.com/dureza.htm>.

4. IÑIGUEZ, M. 1999. Manejo y conservación de suelos y aguas. Ecuador –Loja.

Editorial Cosmos. Págs.: 173.

5. JENKINS, D. et. al. 1983. Química del agua, manual de laboratorio. México.

Editorial Limusa S.A. Págs.: 55-61.

6. KIELY, G. 1999. Ingeniería ambiental, fundamentos, tecnologías y sistemas de

gestión. Colombia. Editorial Nomos. Págs.: 287, 288, 330, 331.

7. KIMMER, F y McCALLION, J. 1982. Manual del agua, su naturaleza,

tratamiento y aplicaciones. México. Editorial Carvajal S.A. Sección.: 4-1, 4-

4.

8. S.A. 2004. Introducción a la Dureza del Agua. Recuperado el 2 de diciembre del

2011 de la pagina web: <http://www.megaozono.com/dureza.htm>.