Objetivos
El objetivo de este trabajo práctico es determinar la
dureza de una muestra de agua dura mediante volumetría
complejométrica. En la segunda parte, eliminaremos la
dureza de la muestra de agua, y observaremos el comportamiento de
agua dura y blanda ante el agregado de jabón.
Materiales
- Vasos de precipitados
- Tubos de ensayo
- Bureta
- Probeta
- Matraz de Erlenmayer
- Agarradera
- Pie universal
Introducción
teórica
Por empezar definiremos qué es un sistema coloidal: es un
sistema material compuesto por una fase fluida continua, y otra
dispersa en forma de partículas. Estas partículas
no son apreciables a simple vista, pero son bastante más
grandes que cualquier molécula o que lo necesario para que
el sistema sea homogéneo. Hay varios tipos de sistemas
coloidales según el estado de agregación de cada
fase. En este trabajo trabajaremos con coloides de sólido
en líquido y gas en líquido, es decir que contiene
partículas sólidas o gaseosas dispersas en un
fluido continuo líquido (compuestos de calcio y magnesio
en agua y espuma, respectivamente).
Los sistemas coloidales pueden clasificarse de acuerdo al tipo
de interacción que presente con el solvente. Si las
partículas son fuertemente atraídas será
liofílicos, y si no son atraídas por el solvente,
liofóbicos. Si el solvente es agua, se los llama
hidrofílicos e hidrofóbicos.
Estos sistemas presentan características particulares,
como por ejemplo, que las partículas en suspensión
refractan y reflejan la luz (efecto Tyndall); se encuentran
animadas por un constante movimiento de rotación y
traslación, producto de la transeferncia de cantidad de
movimiento por parte de las moléculas del solvente
(movimiento Browniano), y gozan de una gran estabilidad, a pesar
del gran tamaño de las partículas disueltas.
El agua en la naturaleza se encuentra en estado impuro. Puede
presentar impurezas físicas, químicas y
biológicas. En este trabajo nos dedicaremos a purificar
químicamente una muestra de agua dura, que es aquella que
contiene un alto nivel de compuestos minerales. En nuestro
país, por el tipo de geografía, la dureza se debe
principalmente a sales de calcio y magnesio. El agua dura debe
ser purificada, ya que su uso puede ocasionar inconvenientes en
la industria, como por ejemplo la precipitación de las
sales causantes de la dureza en tubos y cañerías,
con la consecuente disminución de la capacidad de los
mismos. En el ámbito doméstico, uno de sus mayores
inconvenientes es el de la dificultad para el lavado, debido a
que no produce espuma con el jabón, además de que
estropea electrodomésticos y su posible olor desagradable.
El ablandamiento químico consiste en eliminar las sales
para evitar estos problemas.
Explicaremos con más detalle el motivo por el cual el agua
dura no produce espuma, lo cual se denomina cortado del
jabón. éste es una sal de sodio que disuelta en
agua, o dispersa coloidalmente, produce espuma. En cambio, las
sales de los cationes calcio y magnesio son insolubles en agua, y
solo se lograra espuma en agua dura si se agrega jabón en
exceso.
La dureza del agua se puede clasificar en dureza permanente o
temporaria. La primera es aquella que no puede ser eliminada al
hervir el agua, y es causada por cationes de calcio y magnesio
asociados a cualquier anión que no sea carbonatos. Por
ejemplo, CaSO4 o MgCl2. La dureza temporal
se debe al calcio o magnesio asociados a carbonatos (carbonato
ácido o bicarbonato), y puede ser eliminada al hervir el
agua. Por ejemplo, Ca(HCO3)2 o
Mg(HCO3)2. El bicarbonato de estos cationes
se convierte por el calentamiento en dióxido de carbono,
agua, y carbonato de catión, que precipitará,
dejando al agua menos dura. La ecuación que representa
esto es:
Ca(HCO3)2 (s) + calor
á CaCO3 (s) + CO2
(g) + H2O (l)
La dureza total es la suma de la temporaria y la permanente.
La dureza del agua se suele medir en miligramos de carbonato de
calcio CaCO3 por litro o kilo de agua (ppm). A pesar
que la dureza también se deba al magnesio, como 1 mol de
cada reactivo (carbonato de calcio y de magnesio) corta la misma
cantidad de jabón (2 moles) se utiliza como
parámetro el carbonato cálcico por tener una masa
molar de 100 g., lo que facilita las cuentas. Se considera
que si la dureza en inferior a 50 ppm, el agua es blanda, si es
superior a 200 ppm es muy dura, si la dureza está entre 50
y 150 ppm es media, y entre 150 y 200 ppm, dura.
Un método de ablandamiento de agua dura es por intercambio
iónico, utilizando resinas. Las resinas son sólidos
no cristalinos, porosos, insolubles en agua. Serán
catiónicas o aniónicas, ácidas o
básicas, de acuerdo a las impurezas que se quieran
remover. Una posible ecuación es la siguiente:
2 R-Na (s) + Me2+ (ac)
ßá R2-Me (s) + 2
Na+ (ac), en donde Me es algún
metal. Se ve como el agua se va ablandando a medida que sus iones
metálicos se van sustituyendo por iones Na+
provenientes de la resina, y ésta recibe a su vez los
iones metálicos del agua dura que queremos eliminar. Este
tratamiento se debe hacer en cadena, utilizando distintas
resinas, para desmineralizar completamente el agua.
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