GUIA QUIMICA AMBIENTAL_UNALM

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GUIA QUIMICA AMBIENTAL_UNALM

  1. 1. Laboratorio de Química Ambiental 2011-II.OXÍGENO DISUELTOFUNDAMENTOSLos niveles de oxígeno disuelto (OD) en aguas naturales y residuales depende de laactividad física, química y bioquímica en el cuerpo de agua. El análisis del oxígenodisuelto es un test importante en el control de la contaminación del agua y procesos detratamientos de aguas residuales.El método para la determinación de OD a utilizar en la presente práctica es el métodoiodométrico de WinklerTOMA DE MUESTRAColectar las muestras cuidadosamente, el método de toma de muestra depende del tipode fuente a muestrear, la muestra no debe ser agitada o tener contacto con el aire, debidoa que estas condiciones provocan cambio en el contenido gaseoso. Muestras profundasde ríos, lagos o reservorios y muestras de agua caliente, necesitan especialesprecauciones para eliminar cambios en la presión y temperatura.Muestras superficiales de agua son tomadas en botellas de 300 mL de capacidad contapas esmeriladas, evitar que la muestra entre en contacto con el aire o sea agitada.PRESERVACIÓN DE MUESTRADeterminar el OD inmediatamente en muestras que contienen apreciable demanda deoxígeno o iodo. Muestras que no contienen demanda de iodo pueden ser almacenadaspor algunas horas sin cambio alguno después de la adición de la solución de sulfatomanganoso (MnSO4), solución de yoduro alcali y H2SO4, seguido por agitación. Protegerlas muestras de la luz solar y titular lo más pronto posible.Reacciones involucradas:MnSO4 + 2KOH + 4KI → Mn(OH)2 + K2SO4 + 4KI2 Mn(OH)2 + O2 + 4KI + 2H2O → 2Mn(OH)4 + 4KI2Mn(OH)4 + 4H2SO4 + 4KI → 2Mn(SO4)2 + 8H2O + 4KI2Mn(SO4)2 + 4KI → 2Mn(SO4) + 2K2SO4 + 2I24Na2S2O3 + 2 I2 → 2Na2S4O6 + 4NaIREACTIVOSa. Solución de sulfato manganoso: Disolver 480 g de MnSO4.4H2O, en aguadestilada, filtrar y diluir en 1 L. La solución de MnSO4 no debe tener un color con elalmidón cuando se adiciona la solución de KI.b. Reactivo alcali yoduro de azida (KI): Disolver 500 g de NaOH y 135 g de NaI enagua destilada y diluir en 1 L. Adicionar 10 g de NaN3, disueltos en 40 mL de aguadestilada.Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 1
  2. 2. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIc. Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4).d. Almidón: Disolver 2 g de almidón en 100 mL de agua destilada caliente.e. Titulante estándar de tiosulfato de sodio (Na2S2O3): Disolver 6.205 g deNa2S2O3.5H2O en agua destilada. Adicionar 1.5 mL de NaOH 6N y diluir a 1 L.PROCEDIMIENTO1. A la muestra colectada en una botella de 300 mL, adicionar 1 mL de solución deMnSO4, seguidamente adicionar 1 mL del reactivo alcali ioduro de azida. Taparcuidadosamente para eliminar burbujas de aire y mezclar moviendo la botella poralgunos minutos. Cuando el precipitado ha sedimentado suficientemente(aproximadamente la mitad del volumen de la botella), adicionar 1 mL de H2SO4concentrado. Volver a tapar y mezclar agitando el envase varias veces hasta ladisolución completa. Titular un volumen correspondiente a 200 mL de la muestraoriginal después de la corrección por pérdida de la muestra reemplazada con losreactivos. Debido a que en total se agregó 2 mL de reactivos en una botella de 300mL, titularemos:mL2012300300200=−×2. Titular con solución de Na2S2O3 0.025 M a un color amarillo pálido. Adicionar unasgotas de solución de almidón y continuar la titulación hasta que desaparezca el colorazul.CÁLCULOPara la titulación de 200 mL de muestra, 1 mL de Na2S2O3 0.025 M = 1 mg OD/ L.CUESTIONARIO1) ¿Qué otro método para la determinación de OD existe?2) ¿Qué equipos de muestreo para aguas profundas existen?3) ¿Cómo varía el contenido OD respecto a la profundidad en un lago?4) ¿Cuáles son las fuentes principales de OD en un cuerpo de agua?5) ¿Por qué se agrega MnSO4 a la muestra?6) Al valorar con solución de tiosulfato de sodio, ¿Qué se está determinando y comose relaciona con el contenido de OD?Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 2
  3. 3. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIDEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENOFUNDAMENTOSLa Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) es un test empírico usado para determinar elrequerimiento de oxígeno de aguas residuales, efluentes y aguas contaminadas. El testmide el oxígeno molecular utilizado durante un periodo específico de incubación (5 días)por la degradación bioquímica de material orgánico.La concentración del (DBO) excede en muchas aguas residuales la concentración deoxígeno disuelto disponible. Por lo tanto es necesario diluir la muestra antes de laincubación. Debido a que el crecimiento bacteriano requiere nutrientes tales comonitrógeno, fósforo y trazas de metales, estos son adicionados al agua de dilución.El método empleado en la presente práctica es el DBO5.TOMA Y ALMACENAMIENTO DE MUESTRALas muestras para el análisis del DBO pueden degradarse significativamente durante elalmacenamiento entre la colección y el análisis, resultando en bajos valores de DBO. Paraminimizar la reducción del DBO analizar rápidamente la muestra (2 horas) o enfriar atemperaturas bajas durante el almacenamiento (4°C hasta 6 horas). Calentar la muestraantes del análisis a 20°C .APARATOSa. Botellas de incubaciónb. IncubadorREACTIVOSa. Solución buffer fosfato: Disolver 8.5 g de KH2PO4, 21.75 g de K2HPO4, 33.4 g deNa2HPO4.7H2O y 1.7 g de NH4Cl en aproximadamente 500 mL de agua destiladay diluir a 1 L. El pH debe ser ajustado a 7.2.b. Solución de sulfato de magnesio: Disolver 22.5 g de MgSO4.7H2O en aguadestilada y diluir a 1 L.c. Solución de cloruro de calcio: Disolver 27.5 g de CaCl2 en agua destilada y diluir a1 L.d. Solución de cloruro férrico: Disolver 0.25 g de FeCl3.6H2O en agua destilada y diluiren 1 L.e. Agua de dilución: usar agua desmineralizada, destilada o natural para realizar lasdiluciones.PROCEDIMIENTOa. Preparación de agua de dilución: Tomar un volumen deseado del aguaespecificada en el punto e de los reactivos en una botella adecuada y adicionar 1mL de las soluciones de buffer fosfato, MgSO4, CaCl2 y FeCl3 por cada litro deagua.Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 3
  4. 4. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIAntes de usar el agua de dilución saturarla con OD agitando en una botellaparcialmente llena o aireando con aire libre de compuestos orgánicos.b. Pre tratamiento de muestra: Chequear el pH de las muestras antes de iniciar elanálisis, debe encontrarse entre 6.5 y 7.5; la temperatura debe encontrarse a 20°C.c. Técnica de dilución: Hacer varias diluciones de la muestra hasta lograr que el ODdespués de 5 días de incubación se encuentre entre 1 y 2 mg/L. Se recomiendapreparar 5 diluciones.d. Determinación del OD inicial: Utilizar el método de Winkler.e. Blanco de agua de dilución: Usar un blanco de agua de dilución, la disminución delOD después de los 5 días no debe ser mayor 0.2 mg/L.f. Incubación: Incubar a 20 °C las botellas de DBO conteniendo las dilucionesdeseadas y el blanco de agua de dilución.g. Determinación del OD final: Después de 5 días de incubación determine el OD enlas muestras diluidas y el blanco de agua de dilución.RESULTADOSDILUCIÓNmL Na2S2O3 = mg OD/ LDBO(mg/L)MuestraInicial Final 5dBlanco0.010.100.250.501.00CÁLCULODBO 5(mg /L)PDD 21 −=D1 = OD de muestra diluida inmediatamente después de la preparación (mg/L)D2 = OD de muestra diluida después de 5 días de incubación a 20 °C (mg/L)P = Fracción decimal volumétrica de la muestra usadaCUESTIONARIO1) ¿En qué casos debe realizarse una siembra de microorganismos en el agua dedilución?2) ¿Cómo se determina el DBO en muestras compuestas?Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 4
  5. 5. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIDEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENOFUNDAMENTOSLa Demanda Química de Oxígeno (DQO) está definida como la cantidad de un oxidanteespecífico que reacciona con la muestra bajo condiciones controladas. La cantidad deoxidante consumido es expresado en términos de su equivalencia con el oxígeno. Eloxidante específico es el ion dicromato (Cr2O7-2), al reaccionar es reducido al ion Cr+3. Loscomponentes orgánicos e inorgánicos de la muestra son sujetos a oxidación.El DQO es normalmente utilizado para medir la contaminación de aguas naturales yresiduales. En algunos casos el DQO puede relacionarse con el DBO y el COT.Análisis del DQO genera residuos peligrosos y tóxicos como mercurio, cromo hexavalentey ácido sulfúrico, que deben tener una disposición final adecuada.El método para la determinación del DQO a utilizar en la presente práctica es el métodode reflujo abierto que es adecuado para un tamaño de muestra grande.TOMA Y PRESERVACION DE MUESTRALas muestras deben ser colectadas preferentemente en botellas de vidrio. Preservar lamuestra acidificando con H2SO4 concentrado a pH ≤ 2. Homogenizar las muestras quecontienen sólidos suspendidos antes del análisis.Reacción involucrada:C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O Oxidación naturalC6H12O6 + 4 Cr2−27O + 32 H+→ 6 CO2 + 8 Cr3++ 22 H2O DQOAPARATOSa. Aparatos de reflujob. LicuadoraREACTIVOSa. Solución estándar de dicromato de potasio 0.04167 M ó 0.25 N: Disolver 12.259 gde estándar primario de K2Cr2O7 previamente secado a 150 °C por 2 h, en aguadestilada y diluir a 1 L.b. Reactivo de ácido sulfúrico: Adicionar cristales de Ag2SO4 al H2SO4 en la relación5.5 g Ag2SO4 / Kg H2SO4 dejar disolver de 1 a 2 d.c. Solución indicador de ferroína: Disolver 1.485 g de 1,10 – fenantrolinamonohidratada y 695 mg de FeSO4.7H2O en agua destilada y diluir a 100 mL .d. Titulante estándar de sulfato ferroso amoniacal (FAS) 0.25 M: Disolver 98 g deFe(NH4)2(SO4)2.6H2O en agua destilada. Adicionar 20 mL de H2SO4 concentrado,enfriar y diluir a 1 L..e. Sulfato Mercúrico en cristales (HgSO4).Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 5
  6. 6. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIf. Estándar de hidrógeno ftalato de potasio (KHP) HOOCC6H4COOK : Moler y luegosecar el KHP hasta peso constante a 110 °C. Disolver 425 mg en agua destilada ydiluir a 1 L.PROCEDIMIENTOTratamiento de muestras con DQO mayor a 50 mg O2/LLicuar la muestra si es necesario y pipetear 50 mL en un frasco de reflujo de 500 mL.Adicionar 1 g de HgSO4, colocar algunas támaras de vidrio y adicionar lentamente 5mL de reactivo de H2SO4, agitar hasta disolver el HgSO4. Enfriar mientras se estáagitando para evitar pérdidas por volatilización.Adicionar 25 mL de solución de K2Cr2O7 y mezclar. Adjuntar el frasco de reflujo a uncondensador. Adicionar el resto del reactivo de H2SO4 (70 mL) por la parte superiorabierta del condensador. Continuar agitando y mezclando mientras se adiciona elreactivo de H2SO4.Cubrir la parte superior del condensador con un pequeño vaso para prevenir el ingresode algún material externo. Mantener la mezcla en reflujo por 2 horas. Enfriar y lavar elcondensador con agua destilada. Desconectar el reflujo y el condensador, diluir lamezcla aproximadamente en dos veces su volumen con agua destilada.Enfriar a temperatura ambiente y titular el exceso de K2Cr2O7 con FAS, usando 2 o 3gotas de indicador ferroína.Tomar como punto final de la titulación el primer cambio de color azul verdoso amarrón rojizo que persiste por más de un minuto.CÁLCULODQO(mg O2/L)muestramLMBA..8000)( ××−=Donde:A = mL de FAS usados para el blancoB = mL de FAS usado para la muestraM = molaridad FAS8000 = peso miliequivalente de oxígeno por 1000 mL/LCUESTIONARIO1) ¿Cuál es la relación que existe entre el DQO y el DBO?2) ¿Cuál es la finalidad de agregar H2SO4 en la toma de muestra?3) ¿Cuál es la finalidad de utilizar un blanco en la determinación de DQO?Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 6
  7. 7. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIDeterminación de la alcalinidad en aguas naturalesFUNDAMENTOSAlcalinidad del agua es la capacidad ácida-neutralizante de este. Esto es la suma de todaslas bases titulables. La medida del valor puede variar con el punto final del pH usado. Laalcalinidad es una medida de las propiedades agregadas del agua y puede serinterpretada en términos de sustancias específicas cuando la composición química de lamuestra es conocida. No se debe cometer el error de considerar a la alcalinidad o acidezcomo pH.La alcalinidad es importante en la vida acuática debido a que este protege, tiene un efectotampón a los cambios rápidos de pH. Para la protección de la vida acuática la alcalinidado capacidad buffer no debería ser menor de 20 mg/L.El método para la determinación de la Alcalinidad a utilizar en la presente práctica es elmétodo Standard Methods 2320 BTOMA DE MUESTRA Y ALMACENAMIENTOColectar las muestras en frascos de polietileno o de vidrio borosilicatado y almacenar atemperatura de 4 °C, llenar completamente el frasco sin dejar espacio. Debido a que lasmuestras de agua pueden estar sujetas a la acción microbiana y perder o ganar CO2 alestar expuestos al aire, analizar la muestra preferentemente en el día de la toma demuestra.REACTIVOSa) Disolución de ácido clorhídrico (0,1 M). Diluir 8,3 mL de ácido clorhídricoconcentrado en 1L con agua libre de CO2.b) Disolución de ácido clorhídrico (0,02 M). Diluir 200 mL de ácido clorhídrico en 1 Lde agua.c) Disolución indicadora de naranja de metilo. Pesar aproximadamente y conprecisión 0,5 g del colorante naranja de metilo y aforar a 1L con agua. Filtrar ladisolución fría para remover cualquier precipitado que se forme. O bien, pesaraproximadamente y con precisión 0,5 g de la sal de sodio y diluir a 1 L con agua,si es necesario filtrar cuando esté fría la disolución.d) Disolución indicadora de fenolftaleína. Pesar aproximadamente y con precisión 5,0g de fenolftaleína y disolver en 500 mL de etanol, añadir 500 mL de agua conagitación constante. Filtrar si hay formación de precipitado.Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 7
  8. 8. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIPROCEDIMIENTOa) Transferir 100 mL de muestra en un matraz erlenmeyer de 250 mL.b) Adicionar 2 gotas de disolución indicadora de fenolftaleínac) Titular con la disolución valorada de ácido (0,02 M) hasta el vire de la fenolftaleína(de rosa a incoloro), registrar los mililitros gastados (alcalinidad a la fenolftaleína).Adicionar 2 gotas de la disolución indicadora de naranja de metilo.d) Continuar con la titulación hasta alcanzar el vire del naranja de metilo. (de canela arojo), alcalinidad total.e) Registrar los volúmenes para ambos puntos finales.CALCULOSCalcular la alcalinidad, tomando en cuenta el vire de los indicadores.Alcalinizad mg CaCO3/L muestramLNA 50000××=A: Es el volumen total gastado de ácido en la titulación al vire del anaranjado de metilo enmL;N: Es la normalidad de la disolución de ácido;100: Es el volumen de la muestra en mL;50: Es el factor para convertir eq/L a mg CaCO3/L, y1 000: Es el factor para convertir mL a L.Relaciones de alcalinidadResultados de laTitulaciónAlcalinidad porHidróxidocomo CaCO3Alcalinidad porCarbonate comoCaCO3BicarbonatoConcentracióncomo CaCO3P = 0 0 0 TP < ½T 0 2P T – 2PP = ½T 0 2P 0P > ½T 2P – T 2(T – P) 0P = TT0 0P: Alcalinidad con Fenolftaleína; T: alcalinidad totalCUESTIONARIO1) Al determinar la alcalinidad de 10 mL de una muestra de superficial, se gastó 0 mLde ácido clorhídrico 0,02 N al titular en presencia de fenolftaleína, y se gastó 4 mLdel ácido al titular en presencia de anaranjado de metilo. ¿Cuál es el valor de laalcalinidad?¿En este caso la alcalinidad de que especie depende?2) ¿Qué significa tener un bajo valor de alcalinidad?3) Clasifique la alcalinidad de la muestra de agua del ejercicio 1 y de la práctica.Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 8
  9. 9. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIPROPIEDADES DEL AIREDETERMINACIÓN DE CO2 LIBRE EN EL AGUAFUNDAMENTOSEl dióxido de carbono es el ácido débil más importante en el agua, esto es debido a lapresencia de CO2 en el aire (0.035% en aire seco), y al decaimiento microbiano de lamateria orgánica. La solubilidad del CO2 y otros gases en el agua esta dada por la ley deHenry, que dice que la solubilidad de un gas a una temperatura constante es proporcionala la presión parcial del gas en contacto con el líquido.)(2)(2 acg COCO ⇔Ley de Henry: [ ] 2)(2 COac PKCO ×=K: constante de Henry 3.38 x 10-2mol x L-1 x atm-1Realizando una corrección por el efecto de la presión de vapor de agua a 25 °CatmatmatmPCO 00024.000035.0)313.000.1(2=×−=[ ] LmgmolmgatmatmLmolCO ac /357.04400000024.01038.3 1112)(2 =×××××××= −−−−El método de determinación está basado en la reacción del CO2 libre del agua con elNaOH, formando bicarbonato. Es aplicable a muestras de agua que no contengancantidades apreciables de hidróxido de amonio, aminas, fosfatos, boratos, silicatos,sulfuros y nitritos. También puede interferir la presencia de ácidos minerales y de sales deácido fuerte y base débil y en menor grado la presencia de aluminio, hierro cromo y cobre.TOMA DE MUESTRALa toma de muestra se debe realizar evitando agitación e inclusión de CO2 atmosférico, elanálisis debe ser lo más pronto posible.REACTIVOSa. Solución valorada de NaOH 0.02Nb. Solución indicadora de fenolftaleínaPROCEDIMIENTOa. Tomar 100 mL de muestra y pasar a un matraz de 250 mLb. Adicionar 5 gotas de fenolftaleínac. Titular la muestra con solución de NaOH 0.02Nd. Detener la titulación en el punto cuando se produzca el viraje de incolora a rojogrocellaMg. Quím. Lizardo Visitación F. 9
  10. 10. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IICALCULOSmuestrademLVLCOdemg0004402.0/2××=Donde V: volumen consumido de NaOH 0.02 N en mLCUESTIONARIO1) En un lugar donde el contenido de CO2 en el aire seco es de 0.05%. ¿Cuál es elcontenido de CO2 libre en el agua?2) La oxidación de una molécula orgánica disuelta, como afecta el contenido de CO2libre en el agua3) Escriba las reacciones que se llevan a cabo en la valoración del CO2.Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 10
  11. 11. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIDETERMINACIÓN DE HIERRO TOTALFUNDAMENTOSLa abundancia promedio de Fe en la corteza terrestre es de 6.22%; en los suelos tiene unrango de 0.5% a 4.3%; en ríos su promedio es aproximadamente 0.7 mg/L y en aguassubterráneas es de 0.1 a 10 mg/L.La solubilidad del ion Fe+2es controlada por la concentración de los iones carbonato.Debido a que en las aguas subterráneas existe condiciones anoxidas, el hierro seencuentra en forma ferrosa. Cuando se expone al aire o se adiciona sustancias oxidantes,el hierro es oxidado al estado férrico (Fe+3) y puede hidrolizarse a óxido férrico de colorrojo e insoluble. Elevados valores de hierro en el agua puede causar manchas en losutensilios de cocina y cañerías de lavandería, además puede impartir olores y saboresdesagradables a las comidas.El método empleado para la determinación de hierro total es el método de la fenantrolina3500 Fe B del Standard Methods 20 th 1998. Este método se basa en reducir el hierro dela solución al estado ferroso por: calentamiento, adición de hidroxilamina y tratamiento con1,10-fenantrolina a pH 3.2 – 3.3.En este procedimiento 3 moléculas de fenantrolina forman un quelato con el Fe+2paraformar un complejo rojo anaranjado que puede ser medido a una longitud de onda de 510nm.TOMA DE MUESTRA Y ALMACENAMIENTOPara la determinación precisa del hierro total, se debe usar un recipiente especial deplástico o de vidrio. Adicionar unas gotas de HNO3 en el momento de la colección, parallevar todo el hiero a la solución y prevenir la adsorción o deposición sobre las paredes delrecipiente.En el caso de medir hierro disuelto se debe filtrar la muestra sobre una membrana de filtrode 0.45 μm en el momento de la toma de muestra.APARATOSEspectrofotómetro para medir a 510 nm.REACTIVOSa. Ácido clorhídrico concentrado HCl concb. Solución de hidroxilamina: disolver 10 g de NH2OH.HCl en 100 mL de agua.c. Solución de buffer acetato de amonio: disolver 250 g de NH4C2H3O2 en 150 mL deagua. Adicionar 700 mL de ácido acético glacial.d. Solución de fenantrolina: Disolver 100 mg de 1,10-fenantrolina monohidratada.C12H8N2.H2O, en 100 mL de agua por agitación y calentamiento a 80 °C. no ebullir.e. Solución stock de hierro: adicionar suavemente 20 mL de H2SO4 conc a 50 mL deagua y disolver 1.404 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O. Adicionar gotas de solución deMg. Quím. Lizardo Visitación F. 11
  12. 12. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIKMnO4 0.1 M hasta la aparición de un color rosado. Diluir a 1 L con agua destiladay mezclar: 1.00 mL = 200 μg Fe.f. Solución estándar de hierro: preparar diariamente para el uso.PROCEDIMIENTO1. Tomar una alícuota de 50 mL de la muestra y llevarlo a un erlenmeyer. Adicionar 2 mLde HCl conc y 1 mL de solución de hidroxilamina2. Adicionar unas támaras de vidrio y calentar a ebullición. Para asegurar que todo elhierro se ha disuelto, continuar calentando hasta que el volumen se reduzca a 15 ó 20mL.3. Enfriar a temperatura ambiente y transferir a un fiola de 50 mL.4. Adicionar 10 mL de solución buffer de NH4C2H3O2 y 4 mL de solución de fenantrolina,enrasar, mezclar y dejar desarrollar el color por 10 minutos.5. Repetir la misma operación con los estándares.6. En el espectrofotómetro realizar las lecturas de absorbancia a 510 nm.CÁLCULOConstruir la curva de calibración y plotear la concentración de iones hierro de la muestra.CUESTIONARIO1) ¿Qué otros métodos de determinación de hierro existe?2) ¿Cuáles son los límites máximos permisibles de hierro en la legislación peruana?3) ¿Qué representa el hierro total en una muestra de agua?4) ¿En qué consiste la Ley de Beer?Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 12
  13. 13. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIDETERMINACIÓN DE NITRATOSFUNDAMENTOSLos iones nitratos son las formas oxidadas del nitrógeno, éstas aparecen en cantidadestrazas en el agua superficial pero puede alcanzar niveles altos en el agua subterránea.Cantidades excesivas de nitrato contribuyen a una enfermedad infantil denominadaMetahemoglobinemia. Para prevenir esta enfermedad se establece como límite máximorecomendado 10 mg de nitrato como nitrógeno /L. Los nitratos son nutrientes esencialespara muchos organismos autótrofos fotosintéticos.Para la determinación de nitratos se empleará el método colorimétrico del complejonitrato-ácido salicílico donde se utiliza la ley de Beer y la construcción de una curva decalibración.Ley de Beer: bcA ..ε=A : Absorbanciaε : Coeficiente de absortividad molarc : Concentraciónb : LongitudLa ley de Beer es adecuada para soluciones diluidas, en caso de tener absorcionesmayores a 2 se debe realizar diluciones.En la curva de calibración interpolar el valor de la absorbancia y encontrar laconcentración de la muestra.Curva de calibración de Nitratosy = mx + b00.10.20.30.40.50 5 10 15 20concentración (mg/L)absorbanciaTOMA DE MUESTRAIniciar la determinación del nitrato en el menor tiempo posible. Si es necesario almacenarla muestra hasta por un tiempo de 2 días a 4 °C. Para almacenamientos prolongados paramuestras sin cloro, preservar la muestra con 2 mL de H2SO4 concentrado / L, almacenar a4 °C.Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 13
  14. 14. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIREACTIVOSa. Agua libre de nitratosb. Hidróxido de sodio 4Mc. Acido salicílico al 5% (p/p) en ácido sulfúrico concentradod. Solución stock de nitrato de potasio KNO3 de 100 mg/LEQUIPOSa. Espectrofotómetro UV – visiblePROCEDIMIENTOa. Preparar 50 mL de soluciones estándar de nitrato: 2, 4, 8, 12, 16, 20 mg/Lb. Adicionar en un tubo de ensayo 1 mL de ácido salicílico al 5% y 10 mL de NaOH4M por 0.5 mL de solución estándarc. Repetir el paso b utilizando el blanco y la muestra problemad. Agitar y dejar reposar por 30 minutose. Medir la absorbancia máxima a 410 nmCALCULOSa. Construir una curva de calibración y por interpolación de la absorbancia debido alnitrato determine la concentración de la muestra problemaCUESTIONARIO1) ¿Qué otros métodos de determinación de nitrato existen?2) ¿Cuáles son las formas de nitrógeno presentes en un cuerpo de agua?3) ¿Qué implicancias sanitarias tiene un valor elevado de nitratos en el agua?Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 14
  15. 15. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIABLANDAMIENTO DE AGUASFUNDAMENTOSEs un proceso mediante el cual se remueven las sales insolubles responsables de ladureza (sales de Calcio y de Magnesio). Los métodos de ablandamiento más utilizadosson:• Ablandamiento del agua por la cal sodada• Ablandamiento del agua con carbonato bárico y cal• Ablandamiento por resinas de intercambio iónicoEn el proceso de la cal sodada se agrega al agua una suspensión lechosa de cal(hidróxido de calcio) en cantidad necesaria junto con una cantidad de solución decarbonato sódico y se precipita el carbonato de calcio formado, de acuerdo a la ecuaciónquímica:OHOHMgCaCOHCOMgOHCa s 22)(3232 2)(2)()(2 ++⇔+La reacción entre el hidróxido de calcio y el bicarbonato de magnesio produce elcarbonato de magnesio que precipita y se representa mediante la ecuación química:)(23)(3)(23)(2 22)()(2 lsaqaq OHCaCOMgCOHCOMgOHCa ++⇔+La reacción entre el sulfato de magnesio y el hidróxido de calcio produce el sulfato decalcio que precipita y el hidróxido de magnesio que genera dureza permanente, serepresenta mediante la ecuación química:)(4224 )()( sCaSOOHMgOHCaMgSO +⇔+Puede observarse que el hidróxido de calcio elimina los bicarbonatos solubles de calcio yde magnesio completamente, pero la dureza originada por el bicarbonato de magnesioproduce un equivalente de sulfato de calcio.La dureza permanente del agua debida a la presencia del sulfato de calcio se elimina conla adición de carbonato de sodio y la reacción que ocurre entre el sulfato de sodio y elcarbonato de sodio produce el carbonato de calcio que precipita y el sulfato de sodio.Agregando un exceso de carbonato de sodio del necesario teóricamente, se logra laeliminación más rápida y de manera más completa la dureza permanente del agua. Serepresenta mediante la ecuación química:423324 SONaCaCOCONaCaSO +⇔+REACTIVOSa. Solución de hidróxido de calcio al 5 %b. Solución de carbonato de soido al 10 %c. Solución valorada de EDTAd. Buffer pH 10e. Indicador sólido NETMg. Quím. Lizardo Visitación F. 15
  16. 16. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIPROCEDIMIENTOAblandamiento del agua por la cal sodadaa. A 100 mL de muestra adicionar 2 mL de la solución de solución de hidróxido decalcio al 5 % y 1 agitar y dejar en reposo por 5 minutos.b. Adicionar 2 mL de solución de carbonato de sodio al 10 %, filtrar.c. Guardar la solución resultante para posterior determinación de la dureza.Determinación de la dureza total del aguaa. En dos matraces erlenmeyer colocar en uno de ellos 20 mL de muestra ablandaday en el otro 5 mL de muestra sin ablandar.b. Adicionar 1 mL de buffer pH 10 y un punta de espátula de indicador NET.c. Titular la muestra utilizando solución valorada de EDTA, el final de la titulación seobserva cuando se produce el viraje de color rojo intenso a un color azul.CALCULOS)(10/53muestramlVMVLCaCOmg EDTAEDTA ××=CUESTIONARIO1) ¿Qué otros métodos de ablandamiento de aguas existen?2) Definir dureza total, permanente y temporalMg. Quím. Lizardo Visitación F. 16
  17. 17. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IICLORO RESIDUALFUNDAMENTOSLa clorinación de los cuerpos de agua, sirve principalmente para destruir o desactivar losmicroorganismos y bacterias producidas en el agua. Un beneficio secundario,particularmente en el tratamiento de agua para bebida es el conjunto de mejoras en lacalidad del agua resultante. La clorinación puede producir efectos adversos como laintensificación del sabor y olor característicos de los fenoles y otros compuestos orgánicospresentes.El cloro aplicado al agua en su forma molecular o como hipoclorito, es hidrolizado paraformar cloro libre que consiste de cloro molecular acuoso, ácido hiplocloroso (HOCl) y elion hipoclorito (OCl-). La relativa proporción de estos depende de la temperatura y del pHdel agua.HOClClHOHCl ++→+ −+22[ ][ ][ ][ ]42105.4 −−+×==ClHOClClHKHOCl ⇌−++ OClHEn la presente práctica se empleará el método iodométrico y el colorimétrico DPD para lamedición de la concentración del cloro total.TOMA DE MUESTRA Y ALMACENAMIENTOEl cloro en solución acuosa no es estable por lo tanto el contenido de cloro en lasmuestras desciende rápidamente. La exposición a la luz solar, luz fuerte o agitaciónacelera la reducción del contenido del cloro, se recomienda una inmediata determinacióndel contenido del cloro después de la toma de muestra.REACTIVOSa. Ácido Acético concentrado.b. Cristales de Ioduro de Potasio.c. Solución estándar de tiosulfato de sodio 0.1N: Disolver 25 g de Na2S2O3.5H2O enagua destilada.d. Titulante estándar de tiosulfato de sodio 0.01N: A partir de la solución añeja 0.1N.e. Solución Indicadora de almidón: Disolver 5 g de almidón en un poco de aguacaliente y diluir con 1 L de agua en ebullición, agitar y dejar sedimentar toda lanoche. Usar la parte clara superior.f. Pastillas de DPD: N,N-dietil-p-fenilendiamina.g. Comparador de Cloro.Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 17
  18. 18. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIPROCEDIMIENTOMétodo Iodométricoa. Volumen de muestra: Seleccionar un volumen que requiera no más de 20 mL detiosulfato de sodio 0.01N y no menos de 0.2 mL para la determinación de puntofinal de iodo - almidón.b. Preparación de la titulación: Tomar 5 mL de ácido acético o el volumen necesariopara reducir el pH a valores entre 3.0 a 4.0. Adicionar aproximadamente 1 g de KIa la muestra.c. Titulación: Titular directamente a la luz solar. Adicionar desde la bureta solución deNa2S2O3 0.01N hasta amarillo pálido, color del iodo liberado. Adicionar 1 mL desolución de almidón y titular hasta la desaparición del color azul.d. Blanco de titulación: Tomar un volumen de agua destilada correspondiente alvolumen usado para la titulación, adicionar 5 mL de ácido acético, 1g de KI y 1 mLde solución de almidón, proceder a titular: 1) Si aparece el color azul, titular consolución de Na2S2O3 0.01N hasta desaparición del color azul, reportar el resultadocomo B negativo. 2) Si no aparece el color azul titular con solución de iodo0.0282N hasta aparición del color azul. Titular por retroceso con solución deNa2S2O3 0.01N y la diferencia es B positivo.CALCULOSPara la determinación de cloro residual en una muestra de agua:mg de Cl como Cl2/LmuestrademLNBA..450.35)( ××±=Método Colorimétrico DPDa. Vierta la muestra en la celda comparadora de color, hasta aforob. Adicione la pastilla de DPD sobre la muestra, tape la celda y mezcle.c. Deje unos minutos que desarrolle el color.d. Compare el color desarrollado de la muestra con la escala de la celda.e. Tome el valor en mg/L de la máxima intensidad del color.CUESTIONARIO1) ¿Qué problemas encontraría al determinar cloro disuelto en aguas residuales conalto contenido de materia orgánica?2) ¿Qué método utilizaría para la determinación del contenido de cloro en muestrascon contenidos menores a 1 mg/L?3) ¿Qué son las cloraminas?Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 18
  19. 19. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIDEMANDA Y REQUERIMIENTO DE CLOROFUNDAMENTOSEl cloro reacciona con los constituyentes de una muestra de agua mediante procesos deoxidación, adición y sustitución. El cloro puede oxidar a especies reducidas como el Fe+2,Mn+2y sulfuros reduciéndose a cloruro inorgánico. El cloro puede adicionarse a olefinas yotros compuestos que contienen doble enlace. También el cloWro puede sustituirse sobresubstratos químicos. Las reacciones de adición y sustitución producen especiesorganocloradas, también al reaccionar con al amonio forma cloraminas.NH4++ HOCl  NH2Cl (monocloraminas) + H2O + H –NH2Cl + HOCl  NHCl2 (dicloraminas) + H2ONHCl2 + HOCl  NCl3 (tricloraminas) + H2OSi a una muestra de agua que no contiene demanda de cloro se le va adicionandocantidades crecientes de cloro los residuales se igualan en dosajes. Ploteando dosajescontra residuales se forma una línea recta que forma un ángulo de 45° con susordenadas.Si el agua tiene materia orgánica, esta reaccionará con el cloro consumiendo todo o partede él. A esto se le llama “Demanda de Cloro”.La acción del cloro sobre la materia orgánica y los organismos vivos es simultánea. Sinembargo, se ha convenido asumir que el cloro como desinfectante debe satisfacer primerola demanda y luego ejercerá su acción como bactericida.TOMA DE MUESTRALos resultados son confiables cuando la muestra tiene un bajo contenido de sólidossuspendidos. Si la muestra es analizada dentro de las 24 horas de colección, es necesariorefrigerar sin acidificación a 4 °C, inmediatamente después de la toma de muestra. Parapreservar la muestra hasta un máximo de 28 días se debe congelar a –20 °C sinacidificación.REACTIVOSa. Agua libre de demanda de clorob. Ácido acético concentradoc. Cristales de ioduro de potasio KId. Titulante estándar de tiosulfato de sodioe. Solución indicadora de almidónf. Solución estándar de cloro: preparar por dilución de hipoclorito de sodio comercialMg. Quím. Lizardo Visitación F. 19
  20. 20. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIPROCEDIMIENTOa. Medir la temperatura y el pH de la muestra, proteger la muestra de laluz, ajustar el pH si es necesario.b. Preparar 10 fiolas de 100 mL, rotular, agregar 1 mL de solucionesestándares de cloro.c. Completar el volúmen de la fiola con 50 mL de muestra ysimultáneamente enrazar con agua destilada.d. Agitar vigorosamente y dejar reposar a temperatura ambiente enoscuridad por 1 hora.e. Determine el cloro residual por el método iodométrico.CALCULOSa. Demanda de cloro: seleccionar la porción de muestra con un contenido de clororesidual en el punto final del periodo de contacto que satisface el siguiente criterio:i. Rs < Ds - 1.4 Rminii. Rs > Rminiii. La dosis es muy similar al rango de dosaje esperado en el campoDonde:Rs: residual después del tiempo de contacto, mg/LDs: dosis, mg/LRmin: residual mínimo medible por el método, mg/L (1mg/L)El primer requisito asegura que le cloro residual y la demanda son mayores que surespectivo mínimo límite de detección.Demanda de cloro, mg/L = (Ds - Rs) – (DB - RB)Donde:RB: residual del blanco después del tiempo de contacto, mg/LDB: Blanco de dosis, mg/Lb. Requerimiento de cloro: reportar la dosis de cloro que produce un efecto residualdespués del tiempo de contacto deseadoCUESTIONARIO1) ¿Qué efecto sobre la salud producen las cloraminas?2) ¿Cuál es la diferencia entre cloro residual, demanda de cloro y requerimiento decloro?Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 20
  21. 21. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIDETERMINACIÓN DE METALESFUNDAMENTOSLos metales en un cuerpo de agua pueden encontrarse en diferentes matrices, existenmetales disueltos, metales adsorbidos en las partículas sedimentables y los metales en elsedimento.En la presente práctica determinaremos el contenido de metales disueltos en un cuerpode agua utilizando el Espectrofotómetro de Absorción Atómica.En la espectroscopia atómica, las muestras se vaporizan a muy altas temperaturas, y lasconcentraciones de átomos seleccionados se determinan midiendo la absorción en suslongitudes de onda característicasFigura N° 1. Espectrofotometría de Absorción AtómicaFigura N°2: Señal analíticaTOMA DE MUESTRALa toma de muestra se debe realizar utilizando un filtro, de esta manera sólo se analizarálos metales disueltos y se dejará de lado a los metales que se encuentran adsorbidos enla superficie de las partículas sedimentables o en suspensión. Si se desea conservar lamuestra se debe adicionar 1 mL de HNO3 de tal forma que los metales se mantienen ensu forma oxidada y a este valor de pH < 1 están disueltos.REACTIVOSa. Soluciones estándares de Fe3+de 0.5 , 1.0, 5.0, 10.0 mg/Lb. Soluciones estándares de Zn2+de 0.5 , 1.0, 5.0, 10.0 mg/LMg. Quím. Lizardo Visitación F. 21
  22. 22. Laboratorio de Química Ambiental 2011-IIc. Ácido nítrico concentradoEQUIPOSa. Equipo de Absorción AtómicaPROCEDIMIENTOa. Ajustar el equipo de Absorción atómica de acuerdo a las especificaciones delfabricante. Lámpara del elemento a analizar, longitud de onda, altura de laventana, tipo de combinación combustible y oxidante.b. Construir la curva de calibración utilizando la absorción y concentración de losestándares.c. Introducir la muestra problema y leer el valor de absorción.d. Si es necesario realizar diluciones de la muestra problema, 1 en 10 o 1 en 100.CALCULOSa. Construir una curva de calibración y por interpolación de la absorbancia debido almetal medido determine la concentración de la muestra problemaCUESTIONARIO1) ¿Qué otros tipos de mezclas de combustible oxidante existen?2) ¿Qué otro método de determinación de metales existen?3) En caso de disponer de muestras con concentraciones muy pequeñas del analito¿qué variación incluiría en el equipo?4) ¿Cómo funciona el equipo de absorción atómica?Mg. Quím. Lizardo Visitación F. 22

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