Practica

PRÁCTICA 6. MEDIDA DE LA ALCALINIDAD DE UN AGUA NATURAL. DISOLUCIONES TAMPON OBJETIVOS • • • • Estudiar la procedencia de la alcalinidad de medios acuosos naturales. Determinar la alcalinidad de un agua natural Estudiar cómo se forma un sistema regulador de pH. Estudiar la capacidad reguladora de un sistema tamponado añadiendo diferentes cantidades de ácidos y de bases fuertes.

FUNDAMENTOTEÓRICO La química de los procesos acido-base de muchos sistemas acuosos naturales, está dominada por el ión carbonato CO32- que es una base moderadamente fuerte del ácido carbónico, H2CO3 (ácido débil). El origen predominante del ión carbonato son las rocas calizas constituidas, predominantemente, por carbonato cálcico (CaCO3). Las aguas naturales que están expuestas a la caliza se denominan aguascalcáreas. Esta sal es poco soluble en contacto con el agua. CaCO3 (s) ⇄ Ca2+ (ac) + CO32- (ac) (1)

El ión carbonato actúa como una base produciendo iones bicarbonato e hidróxido CO32- (ac) + H2O ⇄ OH- + HCO3(2) Por otro lado, el ácido carbónico se forma a partir del CO2 disuelto en el agua, existiendo los siguientes equilibrios CO2(g) + H2O(ac) H2CO3 (ac) ⇄ ⇄ H2CO3(ac) (3) (4)

H+(ac) + HCO3-(ac)

Todas estas reacciones ocurren en tres fases (aire, agua y rocas) y se esquematizan en la siguiente figura:

Aire

CO2 (g)

Agua

H2CO3

H+ + HCO3H2 O

CO32- + H2O Rocas CaCO3 (s)

OH- + HCO3-

Figura 1. Reacciones del sistema CO2/CO321

La reacción ácida del CO2 disuelto y la reacción básica del carbonato disuelto tienen un efecto sinérgico que aumenta la solubilidad deambas especies. De esta manera, los iones más abundantes que se encuentran en aguas dulces naturales no contaminadas son habitualmente calcio y bicarbonato. Comúnmente este tipo de agua también contiene magnesio, Mg2+, mas algo de anión sulfato, SO42- y pequeñas cantidades de cloruro, Cl-, y sodio, Na+.

PARTE A. ÍNDICES DE ALCALINIDAD DE AGUAS NATURALES Se define como alcalinidad total de unagua natural como el número de H+ necesarios para valorar un litro de muestra. En aguas naturales la alcalinidad es debida generalmente a la presencia de tres clases de iones: bicarbonato, carbonato e hidróxido. En algunas aguas es posible encontrar otras clases de compuestos (amoníaco, boratos, silicatos, fosfatos, etc.), que contribuyen a su alcalinidad; sin embargo, en la práctica, lacontribución de éstos es insignificante. Si despreciamos esta contribución, la alcalinidad total viene dada por la suma de las concentraciones moleculares de [ CO3H2], [CO3=] y [CO3H-] en el agua. Teniendo en cuenta los valores de las constantes de acidez correspondientes a las especies CO3H2 y CO3H- se puede obtener la abundancia relativa de estas especies en función del pH. En la figura 2 se representanestos valores, donde se puede observar que los bicarbonatos se encuentran en la zona comprendida entre pH 4,3 y pH 12,6. Por debajo del pH 4.3, sólo existirá ácido carbónico libre. Cuando no existe ácido carbónico, es decir a partir del pH 8,3, empezarán a aparecer los carbonatos. A pH = 6.3 existe un 50 % tanto de CO3H2 como de CO3H- . A pH = 10,33 existirá un 50 % de CO3H- y de CO3

Figura 2 2Las concentraciones de estas especies (hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos) producen en el agua un efecto tampón manteniendo el pH en un valor estable. Para mantener la vida acuática es necesaria una alcalinidad mínima de 20 mg de CaCO3/L, para alcalinidades inferiores, el sistema acuático se vuelve muy sensible a la contaminación, ya que no posee la capacidad amortiguadora del pH. Laalcalinidad se determina por la valoración de la muestra de agua con una disolución de un ácido fuerte (previamente valorada) mediante dos puntos sucesivos de equivalencia, observados a través de indicadores ácido-base adecuados. Se utiliza verde de bromocresol como indicador de las valoraciones de alcalinidad total. Este indicador no cambia de color hasta que la disolución es ligeramente ácida (pH...