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Determinación de la dureza del agua de la UCSM
Determination of UCSM water hardness
1Escuela Profesional de Ingeniería Biotecnológica, Facultad de Ciencias
Farmacéuticas Bioquímicas y Biotecnológicas, Universidad Católica de Santa María,
Arequipa-Perú
Resumen. Se denomina dureza del agua a la concentración de compuestos minerales que hay
en una determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio. El agua
denominada comúnmente como “dura” tiene una elevada concentración de dichas sales y el
agua “blanda” las contiene en muy poca cantidad. El objetivo de este trabajo fue aplicar los
principios y fundamentos de la volumetría complexométrica, a partir de la determinación de
la dureza total que presenta el agua potable de la Universidad Católica de Santa María,
expresando el resultado como mg/L de carbonato de calcio (ppm CaCO3). Se realizó la
detección del punto final con el indicador Eriocromo Negro T, tan pronto como se ha titulado
todo el Mg2 libre, el EDTA desplaza al indicador del magnesio, y produce un cambio en el
color de rojo a azul. A partir de este análisis se expresaron los resultados en forma
convencional como partes por millón referida a carbonato de calcio. Se determinó para las
cinco muestras, que el agua potable de la UCSM se encuentra en el intervalo de 151 a 300,
por lo que se considera agua del tipo dura.
Palabras clave: Dureza total del agua, EDTA, Eriocromo Negro T, iones de calcio, iones de
magnesio.
Abstract. Water hardness is the concentration of mineral compounds in a given quantity of
water, in particular magnesium and calcium salts. Water commonly referred to as "hard" has a
high concentration of these salts and "soft" water contains very little of them. The objective
of this work was to apply the principles and fundamentals of complexometric volumetry,
starting with the determination of the total hardness of the drinking water of the Catholic
University of Santa Maria, expressing the result as mg/L of calcium carbonate (ppm CaCO3).
The end point detection was performed with the indicator Eriochrome Black T, as soon as all
the free Mg2 has been titrated, the EDTA displaces the magnesium indicator, and produces a
change in color from red to blue. From this analysis the results were expressed in
conventional form as parts per million referred to calcium carbonate. It was determined for
the five samples that the drinking water of the UCSM is in the range of 151 to 300, so it is
considered hard water.
Keywords: Total water hardness, EDTA, Eriochrome Black T, calcium ions, magnesium ions.
1. Introducción
Las aguas naturales contienen una variedad de sales de composición variada y tienen la
particularidad que al utilizarlas para el lavado junto con jabones con características de elevado peso
molecular, forman precipitados en forma de grumos, debido a las sales solubles de calcio y magnesio
(Soto, 2010). Los principales cationes que causan dureza en el agua y los principales aniones
asociados con ellos son los siguientes:
Tabla 1. Principales cationes y aniones que causan dureza en el agua.
Cationes Aniones
Ca++
Mg++
Sr++
Fe++
Mn++
HCO-3
SO4=
CL-
NO-3
SIO=3
En menor grado , Al+++ y Fe+++ son considerados como iones causantes de dureza. En general, la
dureza es igual a la concentración de cationes polivalentes del agua (Rodríguez, 2007).
Soto (2009) menciona que la dureza puede ser temporal o permanente, en el primer caso, el agua
puede contener bicarbonato de calcio y de magnesio, hierro o magnesio. Se caracteriza por que su
ablandamiento se logra con la ebullición, que consiste en que el bicarbonato se precipita
desprendiendo dióxido de carbono y disminuyendo el valor del pH por las formaciones de ácido
carbónico. La dureza permanente es producida por sales más fijas como los cloruros (Cl-),
sulfatos(SO2-4), encontrando que la dureza total es la suma con la dureza temporal y que se
acostumbra representarla en función de los bicarbonatos de calcio y de magnesio (Babor, 1996). En
algunas zonas del país el agua posee elevados valores de Dureza Total que causan problemas
domésticos o afectan de manera desfavorable los procesos industriales. El límite para dureza en agua
potable es de 160 mg CaCO3/L (Rodríguez, 2007).
Aunque diversos iones metálicos polivalentes disueltos en el agua son causantes de la dureza, las
elevadas concentraciones de iones calcio y magnesio en comparación a los iones restantes hacen que
la Dureza Total, en términos analíticos, sea expresada sólo por el contenido de calcio y magnesio. La
dureza total es la suma de las durezas temporales y permanente. La concentración en el agua se
expresa en partes por millón referidas a carbonato de calcio o en grados de dureza (alemana, francesa
e inglesa).
Tabla 2. Tipos de dureza
Tipos de agua ppm CaCO3
Muy suaves
Suaves
Medias
Duras
Muy duras
0 a 15
15 a 75
76 a 150
151 a 300
Más de 300
La determinación en el laboratorio de la Dureza Total del agua se hace por complexometría
empleando ácido etildiaminotetraacético, EDTA, siendo el método oficial de la American Society for
Testing and Materials, ASTM, D1126-02 (Capote et al., 2015).
Un agente orgánico que tenga dos o más grupos capaces de complejamiento con un ion metálico se
llama agente quelante. El complejo formado se llama quelato. El agente quelante se denomina
ligando. La titulación con el agente quelante se llama titulación quelométrica, un tipo de titulación
complejométrica. El agente quelante más ampliamente usado en titulación es el ácido
etilendiaminotetraacético (EDTA).
Figura 1. Fórmula del EDTA
Cada uno de los dos nitrógenos y cada uno de los cuatro grupos carboxilo contiene un par de
electrones no compartidos capaces de complejamiento con un ion metálico. Así, el EDTA contiene
seis grupos complejantes, y estará representado por el símbolo H4Y. Es un ácido tetraprótico, y los
hidrógenos en el H4Y se refieren a los cuatro hidrógenos ionizables. Es el ligando no protonado Y4 el
que forma complejos con iones metálicos; esto es, los protones son desplazados por el ion metálico
dentro del proceso de complejamiento (Christian et al., 2009).
Su importancia como agente formador de complejos radica en la relación 1:1 en la que se combina
con el catión independientemente de la carga que éste tenga, así como en la estabilidad de los
productos que puede formar, en particular con los iones calcio y magnesio. El EDTA forma
complejos incoloros solubles con muchos cationes divalentes, por lo que si agrega un indicador
orgánico coloreado con capacidad de formar complejos menos estables y luego se añade EDTA, éste
atrapará los cationes que se encuentran libres en solución y luego desplazará a aquellos que formaron
complejos con el indicador coloreado. Dado que el indicador presenta tonalidades diferentes cuando
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se encuentra formando complejos que en estado libre, es posible determinar el punto final en el que
el EDTA ha desplazado a los complejos formados por la adición del indicador. Se atribuye la
estabilidad de los complejos que forma el EDTA con los cationes metálicos a los diferentes sitios de
complejización que permiten envolver al ión aislándolo. El EDTA es un reactivo notable no solo por
formar quelatos con todos los cationes sino porque estos quelatos son suficientemente estables en las
titulaciones. Esta gran estabilidad se debe sin duda, a los distintos sitios de complejización que
existen dentro de la molécula, lo que le confiere una estructura en forma de jaula que encierra el
catión y lo aísla de las moléculas del solvente (Chen, 2005).
Figura 2. Reacciones involucradas
Los indicadores que se usan para titulaciones quelométricas son en sí mismos agentes quelantes. Por
lo regular son colorantes del tipo o,o-dihidroxiazo. El Eriocromo Negro T es un indicador típico.
Contiene tres protones ionizables, de modo que se puede representar mediante H3In. Este indicador
puede utilizarse para la titulación de Mg2 con EDTA. Se añade una cantidad pequeña de indicador a
la solución de la muestra y se forma un complejo rojo con partedel Mg2; el color del indicador sin
completar es azul. Tan pronto como se ha titulado todo el Mg2 libre, el EDTA desplaza al indicador
del magnesio, y produce un cambio en el color de rojo a azul (Christian et al., 2009).
Figura 3. Detección del punto final
Christian et al. (2009), señala que, esto ocurre sobre un intervalo de pMg, y el cambio será más
nítido si el indicador se mantiene tan diluido como sea posible con la condición de que siga dando un
buen color. Por supuesto, el complejo metal-indicador debe ser menos estable que el complejo
metal-EDTA, o de otra manera el EDTA no desplazará al indicador del metal. Por otro lado, no debe
ser demasiado débil o el EDTA comenzará reemplazando al indicador al principio de la titulación,
dando por resultado un punto final difuso. En general, el complejo metal-indicador debe ser 10 a 100
veces menos estable que el complejo metal-titulante.
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2. Materiales y Métodos
Figura 4.Materiales o instrumentos de laboratorio
Reactivos:
● Patrón primario Carbonato de calcio.
● Solución sin estandarizar de EDTA.
● Solución 2M NaOH
● Indicador negro de eriocromo.
● Indicador Murexide
● Solución Indicadora NET
Métodos
El método se basa en analizar la presencia de iones calcio y magnesio en muestras de agua,
mediante la valoración con solución de EDTA, agente formador de complejos, formando los
iones complejos llamados quelatos.
El primer ion en reaccionar es el magnesio (II) que reacciona con el indicador negro de
Eriocromo T, tomando el indicador un color rojo vino característico, formando un compuesto
complejo metal-indicador (metal crómico)
Mg +2 + HInd -2 < ====➔ Mg Ind - + H+
color azul Indicador complejo rojo vino
3. Resultados y Discusión
3.1. Tabla de resultados
Tabla 3. Resultados expresados en ppm (mg/L) de carbonato de calcio para las muestra de
agua de la UCSM
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3.2. Tabla de exactitud
Error absoluto E=|O|−|A|
Error relativo %E= |O|−|A| / |A| *100
Donde: |O|:Valor medido
|A|:Valor verdadero
Tabla 4. Tabla de exactitud para la muestra de la UCSM , expresada en ppm de CaCO3.
3.3. Tabla de desviación absoluta
Tabla 5. Tabla de desviación absoluta y precisión para la muestra de agua potable de la UCSM,
expresada en ppm de CaCO3.
4. Conclusiones
● La dureza del agua se expresa como ppm de CaCO3, y representa la suma de calcio y
magnesio.
● Se determinó la dureza total que presenta el agua potable de la UCSM expresando el
resultado como mg/L de carbonato de calcio usando EDTA disódico y haciendo una
valoración con carbonato de calcio.
● Se evaluaron los resultados estadísticamente y se determinó para las cinco muestras, que el
agua potable de la UCSM se encuentra en el intervalo de 151 a 300, por lo que se considera
agua del tipo dura.
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5. Referencias
[1] Soto, J. (2010). La dureza del agua como indicador básico de la presencia de incrustaciones
en instalaciones domésticas sanitarias. Ingeniería Investigación y Tecnología, 11(2), 166–167.
[2] Rodríguez, C. (2007, octubre). Dureza total en agua con EDTA por volumetría (N.o 2).
IDEAM.
http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/Dureza+total+en+agua+con+EDTA+por+volume
tr%C3%ADa.pdf/44525f65-31ff-482e-bbf6-130f5f9ce7c3
[3] Babor. Química general. Editorial Limusa. 1996
[4] Christian, G. D., Ortega, S. S., & Gonzáles y Pozo, V. (2009). Química analítica (6a ed.).
McGraw-Hill.
[5] Chen, W. (2005, enero). Dureza de agua (N.o 1).
http://www.geocities.ws/chex88chex/analitica/DurezaAgua.pdf
[6] Principios de Química (3.a ed.). Barcelona, España: Editorial Reverté.
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http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/Dureza+total+en+agua+con+EDTA+por+volumetr%C3%ADa.pdf/44525f65-31ff-482e-bbf6-130f5f9ce7c3
http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/Dureza+total+en+agua+con+EDTA+por+volumetr%C3%ADa.pdf/44525f65-31ff-482e-bbf6-130f5f9ce7c3
http://www.geocities.ws/chex88chex/analitica/DurezaAgua.pdf