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AGRESIVIDAD DE UN AGUA 1. Fundamento Ciertas agua naturales pueden corroer en frío a metales, calizas, cemento y productos derivados (materiales de la construcción, hormigones, etc.). Esta corrosión, más particularmente llamada agresividad, depende principalmente de dos factores de entre los tres siguientes: anhídrido carbónico libre, alcalinidad y pH. Numerosos estudios tratan el problema de la agresividad de las aguas naturales. El objetivo de estos estudios ha sido interpretar los resultados de análisis por medio de gráficas para evaluar la agresividad y determinar la mejor manera de corregirlo. Entre ellos se encuentra el gráfico de Hoover y Langelier. La fórmula de Langelier permite determinar el índice de agresividad:

)Alc(1log

)Ca(1logFpHpHpHi s0 −−−=−=

El gráfico de Hoover obtenido a partir de la fórmula de Langelier permite la determinación del índice de saturación conociendo:

1.1. El pH inicial del agua 1.2. La alcalinidad total Alc en carbonato de calcio CaCO3 (mg/l) 1.3. La concentración de Ca en Calcio (mg/l) 1.4. El residuo seco o total de sales disueltas (mg/l) 1.5. La temperatura a la que el pH de saturación se debe conocer

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Para utilizar el gráfico de Hoover:

- Determinar la constante a partir de la temperatura y de la salinidad total utilizando el gráfico de la columna 1

- Por medio de una recta unir este punto correspondiente a la concentración en calcio sobre la columna 3 y determinar el punto de intersección de esta con la columna 2 (línea pivote).

- Con una nueva recta, unir este punto al correspondiente a la alcalinidad en la columna 5.

- Leer el valor de pH de saturación del punto donde esta recta corta la columna 4 (pHs) El índice de saturación es igual a is = pH –pHs. Interpretación de los resultados Si is<0 el agua será agresiva disolviendo carbonato. Si is>0 el agua será incrustante, es decir, depositará carbonato en contacto con ella. Si is=0 el agua es inerte.

1.1. El pH inicial del agua 1.1.1. Fundamento El método potenciométrico para la medida del pH consiste en la medida del potencial eléctrico, que se crea en la membrana de vidrio de un electrodo, que es función de la actividad de los iones hidrógeno a ambos lados de dicha membrana. 1.1.2. Material

- pH-metro - Electrodo de membrana de vidrio

1.1.3. Reactivos - Disoluciones tampones de pH 4.00 y pH 7.00 1.1.4. Procedimiento Calibrar el pH-metro con las disoluciones patrones de pH 4.00 y 7.00. Las medidas deben efectuarse tras la agitación mecánica de la muestra durante 30 segundo y esperando otros 30 segundos. Debe cuidarse que la disolución cubre adecuadamente el electrodo. Medir el pH de la muestra operando, igual que para la disolución patrón.

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1.1.5. Expresión de los resultados Expresar el pH en unidades de pH 1.2. La alcalinidad total Alc en carbonato de calcio CaCO3 (mg/l) 1.2.1. Fundamento La alcalinidad se define como el contenido en bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos de un agua. La alcalinidad se determina mediante valoración ácido-base con H2SO4 diluido utilizando indicadores colorimétricos o potenciométricos. Se suele determinar la alcalinidad a la fenoftaleína (TA) con un punto de viraje pH=8.3, y la alcalinidad al nararanja de metilo (TAC) cuyo viraje se da a pH=4.3. De las relaciones entre estas dos valoraciones se obtiene aproximadamente la cantidad de HCO3

-, CO32- e hidróxidos de

una muestra de agua, mediante ciertas relaciones matemáticas. 1.2.2. Materiales - Bureta de valoración de 50 ml

- agitador magnético - imán - vaso de precipitado 250 ml

1.2.3. Reactivos

- Alcohol etílico - Disolución de H2SO4 0.04 N - Disolución de fenolftaleína: Disolver 0.5 g de fenoftaleína en alcohol

etílico, enrasando con éste a 100 ml. - Disolución de naranja de metilo: Disolver 0.5 g de naranja de metilo en

agua destilada, enrasando con ésta a 100 ml. 1.2.4. Procedimiento 1.2.4.1. Determinación de la alcalinidad a la fenoftaleína o TA Tomar 100 ml de agua a analizar en un vaso de precipitado de 250 ml. Añadir 1 o 2 gotas de disolución de fenoftaleína. Se debe desarrollar una coloración rosa. En caso contrario, el TA es cero y se procede aplicar la valoración del TAC. Si la muestra toma coloración rosa, se procede a su valoración con adiciones de de la disolución de H2SO4, gota a gota, desde la bureta de valoración, agitando constantemente, hasta decoloración completa de la disolución. Sea “A” los ml de ácidos gastados. 1.2.4.2. Determinación de la alcalinidad al naranja de metilon o TAC

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A la disolución después de haber determinado el TA, añadir 4 ó 5 gotas de disolución de naranja de metilo. La disolución tomará una coloración amarillenta. Continuar valorando con la misma disolución anterior de H2SO4 0.04 N hasta viraje del amarillo a naranja. Sea “B” los ml totales de ácido gastado en las dos valoraciones. 1.2.5. Expresión de los resultados El doble de los ml gastados en la valoración de la alcalinidad a la fenoftaleína es TA o “Grado Alcalimétrico”. El doble de los ml gastados en la valoración total es el TAC o “Grado Alcalimétrico Completo”. La tabla presenta las concentraciones de carbonatos, bicarbonatos o hidróxidos de un agua, expresadas en mg/l de diferentes compuestos y en función de las relaciones entre sus valores de TA y TAC. Se observa que se TA=0 sólo existirán bicarbonatos, y si TAC=TA el agua únicamente contendrá hidróxidos. Cálculo de la concentración de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos expresados en forma de diferentes compuestos en función de los títulos alcalimétricos. Compuestos

Factor

TA=0 TA<TAC/2 TA=TAC/2 TA>TAC/2 TA=TAC

OH- CaO Ca(OH)2 MgO Mg(OH)2 NaOH

3.4 5.6 7.4 4.0 5.8 8.0

0

0

0

2(TA-TAC)

TAC

CO3=

CaCO3 MgCO3 Na2CO3

6.0 10.0 8.4 10.6

0

2TA

TAC

2(TAC-TA)

0

HCO3-

Ca(HCO3)2 Mg(HCO3)2 NaHCO3

12.2 16.2 14.6 16.8

TAC

TAC-2TA

0

0

0

Los valores de TA y TAC corresponden a los ml gastados en la valoración multiplicados por 2. Los mg/l de cada compuesto se obtendrían del producto del factor por los títulos alcalimétricos.

1.3. La concentración de Ca en Calcio (mg/l)

1.3.1. Fundamento Las sales de Ca y Mg se determinan fácilmente mediante valoración con AEDT (sal disódica del ácido etilendiamino tetraacético dihidratada) como agente complejante y un indicador metalocrómico para revelar el punto final. Determinación de Ca: A un pH = 12, la Murexida origina con el calcio un complejo de color rosado, menos estable que el complejo Ca-AEDT, por lo que al añadir AEDT los iones Ca son substraídos del indicador y cuando todo el Ca ha reaccionado se produce un viraje a violeta, color del indicador en medio básico Murexida-Ca + AEDT ==== AEDT-Ca + Murexida (ROSA) (VIOLETA)

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La valoración se lleva a cabo a un pH mayor de 12 de modo que el Mg precipite como hidróxido (Mg(OH)2) y no reaccione con el AEDT. Determinación de Ca y Mg: A pH 8-10, el magnesio forma un complejo rojo vino con el indicador llamado Negro de Eriocromo T (NET), que no se combina con el Ca. Este complejo es menos estable que el Mg-AEDT, y a su vez el Mg-AEDT es menos estable que el Ca-AEDT, por lo que al valorar con AEDT, reacciona en primer lugar todo el Ca y a continuación todo el Mg. Cuando se ha completado la reacción de Mg con AEDT, se produce un viraje al azul que es el color del indicador en medio alcalino NET-Mg + AEDT ====== AEDT-Mg + NET (ROJO) (AZUL) 1.3.2. Material - 2 Erlenmeyer de 250 ml - 1 Pipetas graduada de 5 ml. - 2 Pipeta aforada de 25 y 10 ml - Bureta de 50 ml - Embudo - 2 Vasos de precipitado de 100 y 250 ml. - 1 pHmetro - 1 matraz aforado de 250 ml - 3 matraces aforado de 100 ml - 1varilla agitadora - 1 vidrio de reloj - 1 espátula - 1 pipeta pasteur - 2 pipumps de 25 y 10 ml 1.3.3. Reactivos 1.- Disolución de AEDT 0.01 M.- Se pesan 093 g de AEDT-Na2.2H2O y se disuelven en agua destilada enrasando a 250 ml. 2.- Negro de eriocromo T.- Se disuelven 0,15 g de indicador en 25 ml de etanol. Antes de enrasar, añadir 0,5 g de bórax (Tetraborato de sodio) 3.- Murexida.- Se mezclan íntimamente bien pulverizado, 40 g de K2SO4 ó NaCl con 0,2 g de indicador. 4.- Disolución tampón.- Disolver 6 g de NH4Cl en 25 ml de agua. Añadir 5.7 ml de amoniaco concentrado y diluir a 100 ml. Comprobar con un pH-metro que el pH se encuentra entre pH 8-10. 1.3.4. Procedimiento 1.3.4.1. Valoración conjunta de Ca y Mg: En un erlenmeyer de 250 ml se añade 50 ml de agua problema, se diluye a unos 100 ml con agua destilada, y a continuación se

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añade 10 ml de tampón amoniacal y 5 gotas de NET. Se valora con AEDT hasta viraje de rojo vino a azul, siendo V el volumen gastado. 1.3.4.2. Valoración de Ca: En un erlenmeyer de 250 ml se añade 50 ml de agua problema, agua destilada hasta 100 ml, 10 ml de NaOH 1 N y Murexida. Se añade AEDT desde la bureta hasta cambio de color de rosa a violeta. Se anota el volumen gastado, V'. 1.3.5. Expresión de los resultados Los resultados se expresan en ppm de Ca y de Mg 1.4. El residuo seco o total de sales disueltas (mg/l) 1.4.1. Fundamento Es una medida de la cantidad total de sales y pequeñas cantidades de materias orgánicas que contiene un agua. Los iones mayoritarios suelen ser carbonatos, bicarbonatos, cloruros, nitratos, sodio, potasio, calcio y magnesio. Se determina mediante un método gravimétrico típico. Consiste en evaluar la cantidad de residuos que contiene una determinada alícuota de agua problema, evaporada a sequedad a una temperatura constante. 1.4.2. Materiales

- Vaso de precipitado de 250 ml - Estufa a 180ºC ± 1ºC - Desecador con gel de sílice - Balanza analítica

1.4.3. Procedimiento Introducir el vaso de precipitado, completamente limpio en la estufa durante unas 2 horas a 180ºC ± 1ºC. Sacar el vaso e introducirlo en el desecador, para que alcance la temperatura ambiente y elimine las últimas trazas de humedad. Se procede a la pesada del vaso a peso constante (caso contrario, continuar la desecación). Anotar el peso: “A” g. Adicionar un volumen exactamente medido de agua al vaso, por ejemplo, 50 ml. Colocar en la estufa a 180ºC hasta total evaporación del agua (unas 12-24 horas). Una vez producida la total evaporación, introducir el vaso en el desecador hasta temperatura ambiente. Volver a pesar (a peso constante) anotándose la nueva pesada: “B” g. 1.4.4. Expresión de los resultados El residuo seco para aguas de bebida se suele expresar en mg/l.

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1.5. Temperatura 1.5.1. Fundamento La temperatura de un agua se establece a consecuencia de la absorción de la radiación por parte de las capas superiores del líquido, estando ligada a la energía cinética media de las moléculas. Las variaciones de temperatura afectan a la solubilidad de sales y gases en agua, densidad, viscosidad, tensión superficial, presión de vapor, etc. Una elevada temperatura implica la aceleración en los procesos de putrefacción que se dan el seno del agua. 1.5.2. Determinación de la temperatura La medida de la temperatura de un agua es un método muy simple y sólo requiere la inmersión de un termómetro convencional o electrónico en el fluido, un tiempo corto (generalmente, menos de 1 minuto) hasta lograr el equilibrio térmico.