Sistemas coloidales y tratamiento de aguas
Enviado por Agustín Binora
Objetivos
El objetivo de este trabajo práctico es determinar la dureza de una muestra de agua dura mediante volumetría complejométrica. En la segunda parte, eliminaremos la dureza de la muestra de agua, y observaremos el comportamiento de agua dura y blanda ante el agregado de jabón.
Materiales
- Vasos de precipitados
- Tubos de ensayo
- Bureta
- Probeta
- Matraz de Erlenmayer
- Agarradera
- Pie universal
Introducción teórica
Por empezar definiremos qué es un sistema coloidal: es un sistema material compuesto por una fase fluida continua, y otra dispersa en forma de partículas. Estas partículas no son apreciables a simple vista, pero son bastante más grandes que cualquier molécula o que lo necesario para que el sistema sea homogéneo. Hay varios tipos de sistemas coloidales según el estado de agregación de cada fase. En este trabajo trabajaremos con coloides de sólido en líquido y gas en líquido, es decir que contiene partículas sólidas o gaseosas dispersas en un fluido continuo líquido (compuestos de calcio y magnesio en agua y espuma, respectivamente).
Los sistemas coloidales pueden clasificarse de acuerdo al tipo de interacción que presente con el solvente. Si las partículas son fuertemente atraídas será liofílicos, y si no son atraídas por el solvente, liofóbicos. Si el solvente es agua, se los llama hidrofílicos e hidrofóbicos.
Estos sistemas presentan características particulares, como por ejemplo, que las partículas en suspensión refractan y reflejan la luz (efecto Tyndall); se encuentran animadas por un constante movimiento de rotación y traslación, producto de la transeferncia de cantidad de movimiento por parte de las moléculas del solvente (movimiento Browniano), y gozan de una gran estabilidad, a pesar del gran tamaño de las partículas disueltas.
El agua en la naturaleza se encuentra en estado impuro. Puede presentar impurezas físicas, químicas y biológicas. En este trabajo nos dedicaremos a purificar químicamente una muestra de agua dura, que es aquella que contiene un alto nivel de compuestos minerales. En nuestro país, por el tipo de geografía, la dureza se debe principalmente a sales de calcio y magnesio. El agua dura debe ser purificada, ya que su uso puede ocasionar inconvenientes en la industria, como por ejemplo la precipitación de las sales causantes de la dureza en tubos y cañerías, con la consecuente disminución de la capacidad de los mismos. En el ámbito doméstico, uno de sus mayores inconvenientes es el de la dificultad para el lavado, debido a que no produce espuma con el jabón, además de que estropea electrodomésticos y su posible olor desagradable. El ablandamiento químico consiste en eliminar las sales para evitar estos problemas.
Explicaremos con más detalle el motivo por el cual el agua dura no produce espuma, lo cual se denomina cortado del jabón. éste es una sal de sodio que disuelta en agua, o dispersa coloidalmente, produce espuma. En cambio, las sales de los cationes calcio y magnesio son insolubles en agua, y solo se lograra espuma en agua dura si se agrega jabón en exceso.
La dureza del agua se puede clasificar en dureza permanente o temporaria. La primera es aquella que no puede ser eliminada al hervir el agua, y es causada por cationes de calcio y magnesio asociados a cualquier anión que no sea carbonatos. Por ejemplo, CaSO4 o MgCl2. La dureza temporal se debe al calcio o magnesio asociados a carbonatos (carbonato ácido o bicarbonato), y puede ser eliminada al hervir el agua. Por ejemplo, Ca(HCO3)2 o Mg(HCO3)2. El bicarbonato de estos cationes se convierte por el calentamiento en dióxido de carbono, agua, y carbonato de catión, que precipitará, dejando al agua menos dura. La ecuación que representa esto es:
Ca(HCO3)2 (s) + calor á CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l)
La dureza total es la suma de la temporaria y la permanente.
La dureza del agua se suele medir en miligramos de carbonato de calcio CaCO3 por litro o kilo de agua (ppm). A pesar que la dureza también se deba al magnesio, como 1 mol de cada reactivo (carbonato de calcio y de magnesio) corta la misma cantidad de jabón (2 moles) se utiliza como parámetro el carbonato cálcico por tener una masa molar de 100 g., lo que facilita las cuentas. Se considera que si la dureza en inferior a 50 ppm, el agua es blanda, si es superior a 200 ppm es muy dura, si la dureza está entre 50 y 150 ppm es media, y entre 150 y 200 ppm, dura.
Un método de ablandamiento de agua dura es por intercambio iónico, utilizando resinas. Las resinas son sólidos no cristalinos, porosos, insolubles en agua. Serán catiónicas o aniónicas, ácidas o básicas, de acuerdo a las impurezas que se quieran remover. Una posible ecuación es la siguiente:
2 R-Na (s) + Me2+ (ac) ßá R2-Me (s) + 2 Na+ (ac), en donde Me es algún metal. Se ve como el agua se va ablandando a medida que sus iones metálicos se van sustituyendo por iones Na+ provenientes de la resina, y ésta recibe a su vez los iones metálicos del agua dura que queremos eliminar. Este tratamiento se debe hacer en cadena, utilizando distintas resinas, para desmineralizar completamente el agua.
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