Guia Práctica Mma Parte 1. 2015-2

8/16/2019 Guia Práctica Mma Parte 1. 2015-2

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

ESCUELA DE POST GRADO

Mg. Sc. Juan Carlos Palma. 1

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA

MOLINAESCUELA DE POSTGRADOMAESTRÍA EN CIENCIAS AMBIENTALES

CURSO:MÉTODOS DE MEDICIÓN AMBIENTAL

ENSAYOS DE LABORATORIOPARTE 1

Profesor: Mg.Sc. Ing. Juan Carlos Palma

La Molina, 2015


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Ensayo 1Volumetría ácido-base

Determinación de la alcalinidad en aguas naturales

FUNDAMENTOS

Alcalinidad del agua es la capacidad ácida-neutralizante de este. Esto es la suma detodas las bases titulables. La medida del valor puede variar con el punto final del pHusado. La alcalinidad es una medida de las propiedades agregadas del agua y puedeser interpretada en términos de sustancias específicas cuando la composición químicade la muestra es conocida. No se debe cometer el error de considerar a la alcalinidado acidez como pH.

La alcalinidad es importante en la vida acuática debido a que este protege, tiene unefecto tampón a los cambios rápidos de pH. Para la protección de la vida acuática la

alcalinidad o capacidad buffer no debería ser menor de 20 mg/L.

El método para la determinación de la Alcalinidad a utilizar en la presente práctica esel método Standard Methods 2320 B

TOMA DE MUESTRA Y ALMACENAMIENTO

Colectar las muestras en frascos de polietileno o de vidrio borosilicatado y almacenar atemperatura de 4 °C, llenar completamente el frasco sin dejar espacio. Debido a que

las muestras de agua pueden estar sujetas a la acción microbiana y perder o ganarCO2 al estar expuestos al aire, analizar la muestra preferentemente en el día de latoma de muestra.

REACTIVOS

a) Disolución de ácido clorhídrico (0,1 M). Diluir 8,3 mL de ácido clorhídricoconcentrado en 1L con agua libre de CO2.

b) Disolución de ácido clorhídrico (0,02 M). Diluir 200 mL de ácido clorhídrico en 1L de agua.

c) Disolución indicadora de naranja de metilo. Pesar aproximadamente y conprecisión 0,5 g del colorante naranja de metilo y aforar a 1L con agua. Filtrar la

disolución fría para remover cualquier precipitado que se forme. O bien, pesar


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aproximadamente y con precisión 0,5 g de la sal de sodio y diluir a 1 L con

agua, si es necesario filtrar cuando esté fría la disolución.d) Disolución indicadora de fenolftaleína. Pesar aproximadamente y con precisión

5,0 g de fenolftaleína y disolver en 500 mL de etanol, añadir 500 mL de aguacon agitación constante. Filtrar si hay formación de precipitado.

PROCEDIMIENTOa) Transferir 100 mL de muestra en un matraz erlenmeyer de 250 mL.b) Adicionar 2 gotas de disolución indicadora de fenolftaleínac) Titular con la disolución valorada de ácido (0,02 M) hasta el vire de la

fenolftaleína (de rosa a incoloro), registrar los mililitros gastados (alcalinidad ala fenolftaleína). Adicionar 2 gotas de la disolución indicadora de naranja demetilo.

d) Continuar con la titulación hasta alcanzar el vire del naranja de metilo. (decanela a amarillo), alcalinidad total.

e) Registrar los volúmenes para ambos puntos finales.

CALCULOS

Calcular la alcalinidad, tomando en cuenta el vire de los indicadores.

Alcalinizad mg CaCO3/LmuestramL

N A 50000

A: Es el volumen total gastado de ácido en la titulación al vire del anaranjado de metiloen mL;N: Es la normalidad de la disolución de ácido;100: Es el volumen de la muestra en mL;

50: Es el factor para convertir eq/L a mg CaCO3/L, y1 000: Es el factor para convertir mL a L.

Relaciones de alcalinidad

Resultados dela Titulación

Alcalinidad por Hidróxido

como CaCO3

Alcalinidad por Carbonate como

CaCO3

Bicarbonato Concentración

como CaCO3

P = 0 0 0 T P < ½T 0 2P T – 2P P = ½T 0 2P 0 P > ½T 2P – T 2(T – P) 0 P = T T 0 0 P: Alcalinidad con Fenolftaleína; T: alcalinidad total

CUESTIONARIO1) Al determinar la alcalinidad de 10 mL de una muestra de superficial, se gastó 0

mL de ácido clorhídrico 0,02 N al titular en presencia de fenolftaleína, y segastó 4 mL del ácido al titular en presencia de anaranjado de metilo. ¿Cuál esel valor de la alcalinidad?¿En este caso la alcalinidad de que especiedepende?

2) ¿Qué significa tener un bajo valor de alcalinidad? 3) Clasifique la alcalinidad de la muestra de agua del ejercicio 1 y de la práctica

especificando claramente la referencia usada para juzgar los valores. .


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Ensayo 2Volumetría por precipitación

Determinación de cloruros en aguas naturales

I. INTRODUCCIÓN

Los cloruros son los aniones más comunes en aguas naturales; son muysolubles en agua. Provienen de la disolución de sales como el cloruro desodio que es el más abundante en la naturaleza. Por ejemplo encontramoscloruros en todo tipo de agua (de mar, potable, manantiales, ríos, etc.);también encontramos cloruros en yacimientos de sal y se le ha dado usodiverso; domestica e industrialmente se usa la sal de mesa; muchosproductos procesados usan la sal como complemento (quesos, salsas, etc.):La cuantificación de cloruros es entonces frecuentemente solicitado y de

interés practico. Los cloruros cuando reaccionan con ciertos cationes,especialmente con iones plata Ag+, precipitan; es decir, el cloruro de plataes totalmente diferente al cloruro de sodio; el cloruro de plata es muyinsoluble. Este carácter insoluble se expresa por la solubilidad de la sal opor el valor de la constante de producto de solubilidad. Esta cualidad seaprovecha para su identificación y cuantificación. Por ejemplo si queremossaber rápidamente, en el momento, si el agua que esta usando es destilada(o desionizada) o no agregamos unas gotas de nitrato de plata (que es lafuente de plata soluble) y si hay presencia de cloruros (por que hay sales)inmediatamente ocurre la aparición de un precipitado blanquecino que esindicador de que el agua esta con coluros. En el laboratorio se mide la

cantidad de iones plata que se gasta para precipitar todos los cloruros de unpeso o volumen de muestra y con ello indirectamente la concentración deeste en la muestra. En la presente práctica utilizaremos como muestra aguade mar y agua potable.

II. OBJETIVO

Determinar el porcentaje % (p/v) y partes por millón (ppm) de cloruros enaguas naturales utilizando la volumetría por precipitación por el método demohr.

III. FUNDAMENTO

¿Cómo averiguamos el peso de cloruros en una determinada cantidad demuestra de agua?. Pues se averigua la cantidad de iones plata, en términosde milimoles, que se gasta para precipitar todos los cloruros que hay en undeterminado volumen de muestra tomada en base a la reacción química:

Ag + + Cl- --------------- AgCl (precipitado blanco)

# mmoles de Cl- en la muestra = # mmoles de Ag+ gastado x F.E.

Gráficamente:


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mmoles Cl- mmoles Ag +

en la muestra en el valorante

Una formula general para el calculo de la concentración de cloruros es:El porcentaje de cloruros y partes por millón (p/v) de una muestra de aguase puede calcular utilizando las siguientes relaciones:

% Cl- (p/v) = W(g) de Cl- en la muestra x 100 y

W(mL) de muestra de agua

ppm Cl- (p/v) = w(g) de Cl- en la muestra x 106

V(mL) de muestra de agua

Luego el peso de cloruros se averigua con la relación:

w(g) de cloruros = # de mmoles de Cl - x peso de 1 mmol de cloruros

Transformando las unidades de expresión partes por millón de clorurostambién significa miligramos de cloruros por litro de agua de la muestra.

% Cl- (p/v) = V AgNO3 x M AgNO3 x peso de 1 mmol de Cl- x 100


ppm Cl- (p/v) = V AgNO3 x M AgNO3 x peso de 1 mmol de Cl- x 106


¿Cómo se detecta el punto de equivalencia? Como en los otros casos devolumetría, con un tercer reactivo indicador de color; es decir utilizando untercer reactivo; en este caso este tercer reactivo reacciona con los ionesplata que también precipita pero con la ventaja que justo después quehayan precipitado todos los cloruros de la muestra (un caso de muchacoordinación natural); este tercer reactivo se trata de los iones cromato,CrO4

2- , usándose cromato de potasio en solución como fuente; lasreacciones que ocurren son:

Ag + + Cl- ------------------- AgCl (precipitado blanco)

2Ag+ + CrO42- ------------- 2 Ag2CrO4 (precipitado rojo ladrillo)

El precipitado rojo ladrillo que en contraste con el precipitado blanco de

cloruro de plata indica el punto final de la valoración. También en este casopodemos decir que hay una aplicación de la “ley natural del mas fuerte”; la


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fortaleza se refiere a la mayor afinidad de los iones cloruro para precipitarcon los iones plata; ambos iones, cloruros y cromatos, son afines por laplata, pero la plata es mas a fin, por consiguiente aparece primero elprecipitado de cloruro de plata y luego el de cromato de plata y por esoaparece primero. Las sales insolubles en realidad no son 100,00 %

insolubles; lo que sucede que hay una muy pequeña cantidad que sesolubiliza o disuelve; esta “muy pequeña cantidad” varía con el tipo de sal.La solubilidad de las sales “insolubles” se mide por su constante deproducto de solubilidad, Kps, cuyo valor guarda relación con la solubilidad(simbolicemos con S y se expresa en moles / litro); a mayor solubilidad (S),mayor valor de Kps (para un mismo tipo de disociación iónica); por ejemplo:

a.) Para la sal de cloruro de cloruro de plata: AgCl(s) --------------- Ag

+ + Cl-

S mol/L S mol/L S mol/L

Kps = Ag+ Cl- = S x S = S2 = 1,8 x 10-10

b.) Para la sal de cromato de plata Ag2CrO4 ------------- 2 Ag

+ + CrO42-

S mol/L 2S mol/L S mol/L

Kps = Ag+ CrO4

2- = (2S)2 x S = 4S3 = 1,1 x 10-12

Requerimiento de las condiciones del medio donde ocurrirá lareacción.- Es importante señalar que debe controlarse el pH del medio

donde ocurrirá la reacción; el pH del medio debe corresponder alligeramente neutro a ligeramente alcalino (pH no mayor a 8,5 ); esto debidoa que si el pH es muy alcalino la plata precipita como hidróxido de plata yse comete error en la cuantificación; y si el medio es muy ácido el cromatose transforma a dicromato y en estas condiciones no precipita con la plata yno cumple su papel de indicador coloreado (nunca aparece color);


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IV. REQUERIMIENTOS

MATERIALES

02 Matraz erlenmeyer01 Matraz volumétrico de 50 mL01 Matraz volumétrico de 100 mL01 Bureta de 25 mL01 Frasco lavadorPipetas de 2, 3, 5, 10 y 20 mL

REACTIVOSMuestra de agua de mar o de pozoMuestra de agua potableSolución de HNO3 alrededor de 0,01 MSolución de NaOH alrededor de 0,01 MSolución estandarizada de AgNO3 0,1 M o lo indicado en la etiquetaSolución de fenoftaleinaSolución de K2CrO4 al 2 %


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V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Preparación del valorante AgNO3 Alistar la bureta de 25 mL tomando precauciones de limpieza.Enjuagar con un poco de la solución de AgNO3 valorante.Enrasar la bureta con la solución de AgNO3.

Preparación de la muestra de agua de marDebido a que la concentración de cloruros en el agua de mar es bastantealta (por eso se expresa en porcentaje), es recomendable hacer unadilución de la muestra ; podría tomarse una fracción muy pequeña , pero laprobabilidad de cometer error es mayor, en este caso entonces haremosuna dilución;

Alistar 01 matraz volumétrico de 50 mLIdentificar con R1

Tomar una alícuota de 5 o 10 mL de la muestra de agua de mar Agregar al matraz volumétrico y enrasar con agua destilada . Agitar el matraz volumétrico por unos 10 segundosTomar una alícuota de 20 o 25 mLTransferir al matraz de 250 mL Agregar unas tres a cuatro gotas de fenoftaleina. Si la solución setorna coloreada agregar gotas de ácido nítrico; o gotas de NaOH si lasolución se torna incolora, en ambos casos agregar hasta que lasolución quede ligeramente rosado. Agregar unas 10 gotas del indicador K2CrO4

Agitar ligeramente.Proceso de titulación

Dejar caer gota a gota la solución de nitrato de plata desde labureta mientras va agitando; se notara la aparición de un colorrojo ladrillo que rápidamente desaparece.Seguir titulando hasta que el color rojo ladrillo permanezcaconstante.Registrar los resultados.


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VI. RESULTADOS

Cuadro 1. Resultados de las repeticiones de agua potable o de río.

PROCEDENCIA DE

MUESTRA:.................................................................................

Datos R1 R2 R3

Volumen de muestra

Volumen de dilución

Volumen de alícuota

Volumen de AgNO3 gastado

# de milimoles de cloruros en la

muestraPeso de cloruros en la muestra

% de Cloruros (p/v)

ppm de cloruros

Promedio de ppm de cloruros

Cuadro 2. Resultados de las repeticiones de Agua Potable

PROCEDENCIA DE MUESTRA:--------------------------------------------------------------

Datos R1 R2 R3

Volumen de muestra

Volumen de AgNO3 gastado

# de milimoles de cloruros en lamuestra

Peso de cloruros en la muestra

% de Cloruros (p/v)

ppm de cloruros

Promedio de ppm de cloruros


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VII. CUESTIONARIO

1. ¿Por qué no se usa HCl en vez de HNO3 cuando se va ha neutralizar lasolución problema antes de proceder a la titulación o quérecomendación práctica haría en caso de usarse HCl?

2. ¿Cuántas veces más concentrado es la concentración de cloruros en lamuestra de agua en comparación a la otra muestra de agua?

3. Una muestra de 15 mL de agua de mar se tituló directamente con 53,6mL de nitrato de plata 0,6300 M. Calcular los gramos de cloruro de sodiopor litro de agua de mar.


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Ensayo 3Volumetría por formación de complejos

Determinación de la Dureza Total en aguas naturales

FUNDAMENTOSLa dureza del agua es una expresión de la suma de los cationes Ca 2+ y Mg2+ en una muestra de agua. Estos cationes forman sales insolubles con jabonesdisminuyendo su efectividad, también forman depósitos de sarro en loscalentadores de agua. La forma de expresar la dureza del agua es en mg/L deCaCO3. Una excelente forma de determinar la dureza del agua es por titulacióncomplexométrica con una solución del ácido etilendiamintetraacético EDTA.

Cuando un ligando forma complejos con dos iones metálicos en una solución,el ligando formará complejos preferentemente con el ion metálico que produce

el complejo con mayor constante de estabilidad. En el caso de ladeterminación de la dureza. La titulación con el EDTA formará complejos conel Ca2+ y el Mg2+.

Ca2+ + EDTA4- (EDTA-Ca)2-: K = 10+10.7 Mg2+ + EDTA-2 (EDTA-Mg)2-: K = 10+8.7

Figura 1. Complejo formado entre el ion Ca2+ y el ligando EDTA.

Debido a que la constante de estabilidad del calcio es significativamente mayorque la del Magnesio, la reacción con el calcio procede hasta completarse antesde que el EDTA reaccione con el Magnesio.

Cuando un ligando que forma un complejo muy estable con un ion metálico esadicionado a la solución del ion metálico acomplejado con otro ligando decomplejo menos estable, el agente complejante más fuerte tiende adescomponer el complejo existente y formar un nuevo complejo con el ionmetálico.

Al añadir el agente complejante Negro de Ericromo T (NET) a una solución

que contiene Mg2+ y Ca2+, se forma un complejo con el Mg2+. El complejo NET-Mg (K = 10+7) es más débil que el complejo EDTA-Mg (K=10+8.7).


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Figura 2. Complejo NET-Mg color rojo

El color del complejo NET-Mg es rojo, y el color del NET no acomplejado esazul. Una solución con exceso de NET es púrpura. En la determinación de laDureza la adición del EDTA, se produce un cambio de color del púrpura al azulcuando el color rojo del complejo NET-Mg es consumido totalmente.

El método para la determinación de la Dureza Total a utilizar en la presente práctica esel método Standard Methods 2340C.

Para agua de bebida la dureza puede ser clasificada como:Suave 0-60 mg/L

Medio 60-120 mg/LDura 120-180 mg/LMuy dura >180 mg/L

TOMA DE MUESTRA

Tomar una muestra de 100 mL en un recipiente de plástico o vidrio, si se va a guardarpor cierto tiempo se adiciona HNO3 hasta pH


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NORMAS TÉCNICAS PERUANAS RELACIONADAS

Agua PotableNTP 214.003.87

Estándar de Calidad Ambiental del Agua del Perú.

CUESTIONARIO

1) 20 mL de una muestra de agua de pozo de la Universidad gasto 1.2 mL deEDTA 0.2 M.¿Cuál es la dureza total de la muestra?¿Esta muestra cumplirácon la NTP 214.003.87?

2) ¿Por qué se representa la dureza en unidades de mg CaCO3/L?3) ¿Qué efectos en la salud puede ocasionar tomar agua con elevados

valores de dureza?4) ¿Podría utilizar un tratamiento por intercambiadores iónicos, para

aguas con dureza de 800 mg/L?5) Una muestra de agua ha reportado el siguiente análisis:

EspecieQuímica

Na+ K+ NH

4

Ca2+

Mg2+ Ba2+

F- NO1

3

Cl- SO2

4

HCO 1

3

ConcentracmgCaCO3/L

10,25

1,15

1,39

168 164,8

0,36

0,92

0,85

6,34

30,16

284

Determinar la dureza total


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Ensayo 4Volumetría redox

Determinación de Oxígeno Disuelto – Método WinklerFUNDAMENTOS

Los niveles de oxígeno disuelto (OD) en aguas naturales y residuales dependen de laactividad física, química y bioquímica en el cuerpo de agua. El análisis del oxígenodisuelto es un test importante en el control de la contaminación del agua y procesos detratamientos de aguas residuales.

El método para la determinación de OD a utilizar en la presente práctica es el métodoiodométrico de Winkler Standard Methods 4500-O C

Reacciones involucradas

MnSO4 + 2KOH + 4KI Mn(OH)2 + K2SO4 + 4KI

2 Mn(OH)2 + O2 + 4KI + 2H2O 2Mn(OH)4 + 4KI

2 Mn(OH)4 + 4 H2SO4 + 4KI 2 Mn(SO4)2 + 8 H2O + 4 KI

2 Mn(SO4)2 + 4KI 2 Mn(SO4) + 2 K2SO4 + 2I2

2 Na2S2O3 + I2 Na2S4O6 + 2 NaI

TOMA DE MUESTRA

Colectar las muestras cuidadosamente, el método de toma de muestra depende deltipo de fuente a muestrear, la muestra no debe ser agitada o tener contacto con el aire,debido a que estas condiciones provocan cambio en el contenido gaseoso. Muestras

profundas de ríos, lagos o reservorios y muestras de agua caliente, necesitanespeciales precauciones para eliminar cambios en la presión y temperatura.

Muestras superficiales de agua son tomadas en botellas de 300 mL de capacidad contapas esmeriladas, evitar que la muestra entre en contacto con el aire o sea agitada.

PRESERVACIÓN DE MUESTRA

Determinar el OD inmediatamente en muestras que contienen apreciable demanda deoxígeno o iodo. Muestras que no contienen demanda de iodo pueden seralmacenadas por algunas horas sin cambio alguno después de la adición de lasolución de sulfato manganoso (MnSO4), solución de yoduro álcali y H2SO4, seguido

por agitación. Proteger las muestras de la luz solar y titular lo más pronto posible.REACTIVOS

a. Solución de sulfato manganoso: Disolver 480 g de MnSO4.4H2O, en aguadestilada, filtrar y diluir en 1 L. La solución de MnSO 4 no debe tener un colorcon el almidón cuando se adiciona la solución de KI.

b. Reactivo álcali yoduro de azida: Disolver 500 g de NaOH y 135 g de NaI enagua destilada y diluir en 1 L. Adicionar 10 g de NaN 3, disueltos en 40 mL deagua destilada.

c. Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4).

d. Almidón: Disolver 2 g de almidón en 100 mL de agua destilada caliente.


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Mg Sc Juan Carlos Palma 16

e. Titulante estándar de tiosulfato de sodio (Na2S2O3): Disolver 6,205 g deNa2S2O3.5H2O en agua destilada. Adicionar 1,5 mL de NaOH 6N y diluir a 1 L.

PROCEDIMIENTO

1. A la muestra colectada en una botella de 300 mL, adicionar 1 mL de solución de

MnSO4, seguidamente adicionar 1 mL del reactivo álcali ioduro de azida. Taparcuidadosamente para eliminar burbujas de aire y mezclar moviendo la botella poralgunos minutos. Cuando el precipitado ha sedimentado suficientemente(aproximadamente la mitad del volumen de la botella), adicionar 1 mL de H2SO4 concentrado. Volver a tapar y mezclar agitando el envase varias veces hasta ladisolución completa. Titular un volumen correspondiente a 200 mL de la muestraoriginal después de la corrección por pérdida de la muestra reemplazada con losreactivos. Debido a que en total se agregó 2 mL de reactivos en una botella de 300mL, titularemos:

mL2012300

300200

2. Titular con solución de Na2S2O3 0.025 M a un color amarillo pálido. Adicionar unasgotas de solución de almidón y continuar la titulación hasta que desaparezca elcolor azul.

CÁLCULO

Para la titulación de 200 mL de muestra, 1 mL de Na2S2O3 0.025 M = 1 mg OD/ L.

LEGISLACIÓN PERUANA RELACIONADA

Aguas Naturales

Aguas Residuales No aplica

CUESTIONARIO

1) Al determinar el contenido de Oxígeno Disuelto de una muestra de aguasubterránea se obtuvo un gasto de 3 mL de solución de Na2S2O3 0.025M.¿Cuál es el valor del oxígeno disuelto ?

2) ¿Cómo varia el contenido de Oxígeno Disuelto (mg/L) en el agua con latemperatura, conductividad eléctrica y los msnm del agua –considere la Ley

de Henry?. ¿Cuál considera Ud. que es la razón de tener una temperaturamáxima permisible de 35ºC en la D.S. Nº 003-2002 – PRODUCE?

3) Exactamente 100 kg de caña de azúcar (dextrosa) C12H22O11, hansido descargados accidentalmente a un pequeño canal saturado conoxígeno a 25 ºC (solubilidad del oxígeno a 25 ºC es 8 mg/L).¿Cuántos litros de agua podrían estar contaminados, (suponer quese ha removido todo el oxígeno disuelto)?

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