quimica

Rolando Oyola Martínez, Ph. D.
Departamento de Química
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Determinación de dureza de agua mediante titulación con EDTA
Introducción
La dureza de agua, cantidad total de calcio y magnesio
en una muestra de agua, puede ser determinada mediante
una titulación de complejación usando ácidotetracético de
etilendiamina (EDTA, también conocido como Y) como
agente titulante. Desde el punto de vista cuantitativo se
puede expresar dureza mediante el valor de mg/L (ppm) de
CaCO3 en la muestra. El intercambio iónico es otra
manera de cuantificar iones de calcio y magnesio en una
muestra, pero es un poco más complicado y requiere de
mayor tiempo de preparación de equipo. Además, para
cadadeterminación o corrida de muestra se tiene que
regenerar la columna en el caso de intercambio iónico. Sin
embargo, a diferencia de intercambio iónico, una titulación
de complejación requiere mucha menor cantidad de
tiempo ya que solo se requiere preparar las soluciones.
Además, el EDTA posee ventajas que lo hacen ideal para
una titulación de complejación. Entre las ventajas se
encuentran;(1) disponible comercialmente, (2) de bajo
costo, (3) alta pureza y (4) forma complejos de alta
estabilidad con los iones más comunes. Una de las
desventajas es que se tiene que controlar el pH de la
solución mediante amortiguadores. Sin embargo, esta
aparente desventaja a su vez es otra ventaja ya que el
control de pH le imparte selectividad a la titulación con
EDTA. EDTA es usado enmuchas áreas de la química
tales como procesos industriales, productos comerciales
como detergentes, pastillas, productos de limpieza y como
aditivo o preservativo en alimentos.
En el laboratorio se llevará a cabo la reacción química
definida por la ecuación (1):



Ca 2 (ac )  Y 4 (ac )  CaY 2 (ac)


(1)
con una constante de equilibrio dada por la ecuación (2):
2

[
K f [CaCaY Y 4] ]
2
][

(2)

En las ecuaciones (1) y (2) el EDTA se le denomina
como Y. El EDTA es un ácido poliprótico con seis
posiciones que pueden donar un hidronio. Sin embargo,
para efectos de valores de constantes de disociación ácida
se tiene como base la forma neutral del EDTA, es decir al
tener dos cargas positivas y dos negativas. El uso de un
amortiguador, donde el pH semantiene constante, nos
permite expresar la concentración de Y4- como función de
los valores alfa (α), fracción de cierta especie a cierto pH.
La forma Y4- es la que por definición se usa en el proceso
de cuantificación del complejo con los cationes. El valor
de α4 se puede expresar según la ecuación (3):

  [ H O ] K
3

 4

Ka1Ka 2Ka3Ka 4
 3
 2

a1[ H3O ] Ka1Ka 2 [ H3O ]Ka1Ka 2Ka3 [ H3O ]Ka1Ka 2Ka3Ka 4

(3)

Este valor α4 representa la fracción de EDTA que se
encuentra como Y4- a cierto pH. Por lo tanto, se puede
establecer la ecuación (4):

[Y 4  ]   4CEDTA

(4)

donde CEDTA es la concentración analítica de EDTA, es
decir, la suma de todas sus posibles formas presentes en
solución menos en su forma de complejo con el ión de
calcio. Al sustituir laecuación (4) en (2) y se establece que
el pH se mantiene constante, se puede definir una
constante de formación condicional (Kf’) para el equilibrio
entre el ión de calcio y el Y4-. El valor de Kf’ se define
como Kfα4 ya que la función α sólo depende de pH el cual
es constante durante el experimento:
2

[
K 'f  [CaCaYC
2
]

]

EDTA

 K f 4

2-

(5)

La formación delcomplejo CaY es cuantitativa ya que la
constante de equilibrio (Kf’) es de alta magnitud (>108). Es
importante mencionar que la identidad del amortiguador
puede afectar el equilibrio presentado mediante la
ecuación (5). Por ejemplo, el ión de calcio puede formar
complejos con NH3 por lo que un amortiguador que se
compone de NH4:NH3 complica el sistema de ecuaciones
de equilibrios químicos...