MARCO TEÓRICOS

Dureza de agua: La dureza indica la concentración total de iones alcalinotérreos que hay en el agua. Como la concentración de Ca2+ y Mg2+ es, por lo general, mucho mayor que la de otros iones alcalinotérreos, la dureza del agua se define como la suma de las concentraciones de Ca2+ y Mg2+

expresadas como CaCO3 en mg/L. El rango de dureza varía entre 0 y cientos de mg/L, dependiendo de la fuente de agua y el tratamiento al cual haya sido sometida. El agua dura deja depósitos sólidos en las tuberías, reacciona con el jabón formando grumos insolubles, pero no se considera perjudicial para la salud. La dureza del agua es beneficiosa en agua de riego porque los iones alcalinotérreos tienden a flocular las partículas coloidales del suelo y, por consiguiente, aumentan la permeabilidad del suelo al agua. Para medir la dureza total se lleva a cabo una valoración con EDTA a pH=10 en medio amoniacal tamponado determinando la concentración total de Ca2+ y Mg2+, utilizando para el punto final el indicador metalocrómico negro de eriocromo T. La concentración de Ca2+ se determina sobre otra porción de muestra a pH=12, utilizando murexida como indicador, y valorando con la misma solución de EDTA. A ese pH precipita Mg(OH)2 y ya no reacciona con el EDTA titulante.

Volumetrías complejométricas. En las volumetrías complejométricas se mide el volumen de solución titulante necesaria para formar un complejo con un catión metálico que se analiza. Muchos cationes metálicos reaccionan con especies dadoras de electrones llamadas ligandos para formar compuestos de coordinación o complejos. Los complejos llamados quelatos se producen por la coordinación de un catión y un ligando en los que el catión (metálico) es parte de uno o varios anillos de cinco o seis miembros. Uno de los compuestos orgánicos que forma quelatos más conocido y frecuentemente utilizado en los análisis cuantitativos es el ácido etilen-diamino-tetraacético (EDTA). El EDTA forma complejos estables con la mayoría de los cationes en relación molar 1:1 en la fórmula del complejo, independientemente de la carga del catión, como se muestra en las siguientes reacciones:

Mg+2 + Y-4 MgY-2

Al+3 + Y-4 AlY-1

Ca+2 + Y-4 CaY-2

Ag+ + Y-4 AgY-3

Los complejos formados en las reacciones anteriores son incoloros, por ello, para determinar el punto final se emplean indicadores llamados metalocrómicos. Estos indicadores son ácidos débiles que tienen la propiedad de formar complejos con cationes de distinto color al que presenta el indicador libre. Para que realmente un indicador de este tipo sea útil, el complejo indicador–metal debe tener una estabilidad óptima: si la estabilidad es muy pequeña, no hay posibilidad de que se produzca un cambio nítido de color, pero obviamente su constante de formación debe ser menor a la del complejo EDTA-metal, pues si no el EDTA no sería capaz de desplazar al ión metálico de su combinación con el indicador.

Determinación de la dureza total: En la determinación de dureza total de agua se opera a pH=10 y el indicador utilizado es el negro de eriocromo T (NET). Este indicador es triprótico y a pH=10 se presenta como anión divalente de color celeste HIn-2. Con el Mg2+ forma un complejo MgIn- color violeta, cuya constante de estabilidad es menor a la del complejo MgY2-, con lo cuál se satisface uno de los requisitos indispensables para asegurar la correcta indicación del punto final. Las reacciones que se producen sucesivamente en el transcurso de la titulación son:

Ca2+ + HY3- CaY2- + H+

Mg2+ + HY3- MgY2- + H+

MgIn-1 + HY3- HIn2- + MgY2-

violeta celeste

Al adicionar EDTA a la solución que contiene la muestra con el indicador, el EDTA se combina primero con el Ca+2 y luego con el Mg+2, ya que el complejo Ca-EDTA (CaY2-) es más estable que el complejo Mg-EDTA (MgY2-). Apenas superado el punto de equivalencia, el indicador pasará de su forma complejada (violeta) a su forma libre (celeste). Debido a que la sensibilidad del NET con el Ca2+ es muy pobre, cuando no se tenga la seguridad de que la muestra contenga Mg2+, será necesario adicionar una pequeña cantidad de Mg-EDTA para asegurar la correcta visualización del punto final.

Determinación de la dureza debida al Ca2+: La determinación de la dureza debida únicamente al Ca2+ se hace a pH=12. A este pH, el Mg2+ precipita como Mg(OH)2 y no interviene en la reacción. El indicador utilizado para esta determinación es la murexida, que sólo se combina con el Ca2+. A pH=12, la murexida forma con el Ca+2 un complejo Ca-In color rosado, y en su forma libre se presenta de color violáceo, según la siguiente reacción:

CaH3In–1 + Y4- H3In-3 + CaY-2 rosado violeta

Determinación de la dureza debida al Mg2+: La diferencia entre la dureza total y la dureza cálcica (expresada ambas como mg/L de CaCO3) da directamente la dureza magnésica.

BIBLIOGRAFIA

HARRIS Daniel. Análisis Químico Cuantitativo. Ed Reverté.

KOLTHOFF I M. Análisis Químico Cuantitativo. Ed Nigar.

RODIER, J. Análisis de las aguas. Ed. Omega. Barcelona. 1981.

NALCO. Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones. Tomo III. Mc Graw-Hill. 1989

ANEXOS

InterferenciasEn la tabla se encuentra la lista de la mayor parte de sustancias que interfieren. Si existe más de una sustancia interferente, los límites dados en la tabla pueden variar. La turbidez se elimina por filtración.

Tabla 1.1 interferencias en la determinación de durezaINTERFERENCIAS Con. max. Sin interferirAluminio 20 ppmCadmio *Cobalto 100 ppmCobre 50 ppmFierro (+3) 50 ppmFierro (+2) 50 ppmPlomo *Manganeso 1 ppmNiquel 100 ppmZinc *Polifosfato 10 ppm

* Si están presentes son titulados como dureza.