1. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
COD. GL – PL – 15
3
2
1
Martha
García
Carlos Doria
REV. No.
Documento inicial
DESCRIPCION
Coordinador lab. de
calidad ambiental
Leanis Pitre
Ing. Química
0
ELABORÓ
REVISÓ
APROBÓ
Dir.SILAB
17-06-2013
FECHA
APROBADO: _______________________
GL – PL – 15
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2. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
CONTENIDO
1. OBJETO ............................................................................................................ 3
2. APLICACIÒN..................................................................................................... 3
3. DEFINICIONES ................................................................................................. 3
4. FUNDAMENTO DEL MÉTODO ........................................................................ 3
5. INTERFERENCIAS Y LIMITACIONES ............................................................. 5
6. TOMA DE MUESTRA, ALMACENAMIENTO Y PRESERVACIÓN ................... 6
7. MATERIALES Y EQUIPOS ............................................................................... 6
8. REACTIVOS Y SOLUCIONES .......................................................................... 7
9. PROCEDIMIENTO ............................................................................................ 8
10.
CÁLCULOS .................................................................................................. 10
11.
AUTORIDAD ................................................................................................ 11
12.
FORMATOS ................................................................................................. 12
13.
REFERENCIAS............................................................................................ 12
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3. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
1. OBJETO
Describir la metodología a seguir para determinar Alcalinidad en aguas
2. APLICACIÒN
Este método es aplicable en aguas naturales superficiales, marinas, subterráneas,
tratadas y residuales.
3. DEFINICIONES
Alcalinidad: Es la capacidad ácido neutralizante de una sustancia química en
solución acuosa. La alcalinidad de una sustancia se expresa en equivalentes de
base por litro o en su equivalente de carbonato cálcico. II. Es la medida de la
capacidad tampón de una disolución acuosa, es decir, la capacidad de ésta para
mantener su pH estable frente a la adición de un ácido o una base.
Alcalinidad Total: Es la alcalinidad atribuible a los iones hidróxidos, carbonatos y
bicarbonatos.
Indicador: Es un ácido o base débil cuya forma disociada tiene diferente color que
la forma sin disociar, ello es debido a que están formados por sistemas resonantes
aromáticos, que pueden modificar la distribución de carga según la forma que
adopten. Esta alteración por el desplazamiento hacia una forma más o menos
disociada, hace que la absorción energética del sistema se modifique y con ello el
color.
Titulación: Denominada también valoración ácido-base, y son empleadas para
determinar concentraciones de sustancias químicas con precisión y exactitud. Se
llevan a cabo gracias a la reacción que ocurre entre ácidos y bases, formando
sales y agua. Intervienen tres agentes o medios: el titulante, el titulado (o analito) y
el indicador.
4. FUNDAMENTO DEL MÉTODO
La alcalinidad del agua se define como su capacidad para neutralizar ácidos.
Debido a que la alcalinidad de muchas aguas es función del contenido de
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4. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
carbonato, bicarbonato o hidróxido se
toma como un indicador de la
concentración de estos constituyentes. Los valores medidos también pueden
incluir contribuciones de boratos, fosfatos, silicatos u otras bases que estén
presentes,
El fundamento del método se basa en que los iones hidroxilos presentes en una
muestra como resultado de la disociación o hidrólisis de los solutos reaccionan
con las adiciones de ácidos estándar. Por tanto la alcalinidad depende del pH del
punto final utilizado.
La alcalinidad se determina por titulación con una solución estándar de un ácido
mineral fuerte a los puntos sucesivos de equivalencia del bicarbonato y el ácido
carbónico.La titulación se efectúa a temperatura ambiente con un pH metro y un
titulador automático calibrado, o mediante indicadores coloreados. Cuando se
emplean indicadores coloreados se debe preparar y titular un blanco del indicador.
La construcción de una curva de titulación permite la identificación de puntos de
inflexión y capacidad tampón, si existe, y permite determinar la alcanidad respecto
a cualquier pH de interés. En la titulación de especies básicas simples, como en la
estandarización de reactivos, el punto final más exacto se obtiene del punto de
inflexión de una curva de titulación.
Para muestras de baja alcalinidad (menos de 20 mg de CaCO 3/L) se debe usar
una técnica de extrapolación basada en la proporcionalidad cercana a la
concentración de iones hidrógeno para el exceso de titulante más allá del punto
de equivalencia. La cantidad de ácido requerido para reducir el pH exactamente
0.30 unidades es medido cuidadosamente. Debido a que este cambio de pH
corresponde exactamente al doble de la concentración de iones hidrógeno, una
extrapolación simple se puede hacer hacia el punto equivalente.
La alcalinidad está expresada como alcalinidad a la fenolftaleína (P), o como
alcalinidad total (T). La alcalinidad a la fenolftaleína corresponde al contenido total
de hidróxido y carbonato presentes en la muestra y es el término utilizado
tradicionalmente para la cantidad medida a pH 8.3; y la alcalinidad total es
atribuible al contenido de bicarbonato, carbonato e hidróxido, y es utilizada para la
cantidad medida a pH 4.5. El indicador de fenolftaleína permite cuantificar la
Alcalinidad a la fenolftaleína y para determinar la Alcalinidad total se emplea el
indicador mixto.
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Punto Final: Cuando la alcalinidad se debe enteramente a carbonatos o
bicarbonatos, el pH en el punto equivalente se determina por la concentración de
dióxido de carbono en el ambiente. La concentración de CO2 depende del total de
especies de carbonato presentes originalmente y de cualquier pérdida que ocurra
durante la titulación.
En la tabla 1, los valores de pH se proponen como los puntos de equivalencia para
las concentraciones de alcalinidad correspondientes a mg de CaCO3 /L.
Tabla 1. Valores de pH en el Punto Final
Condición de la Prueba
30
150
500
Silicatos, fosfatos conocidos o
sospechoso
Análisis de rutina o automatizados
Sistemas complejos o agua residual
industrial
Alcalinidad,
mg CaCO3/L
Valores de pH en el punto final
Alcalinidad de
Alcalinidad total
Fenolftaleína
4.9
8.3
4.6
8.3
4.3
8.3
4.5
8.3
4.5
8.3
4.5
8.3
5. INTERFERENCIAS Y LIMITACIONES
La presencia de jabones, materia oleosa, sólidos suspendidos, o precipitados
pueden enmascarar o dificultar la observación del viraje de color del indicador.
Para atenuar estas interferencias es aconsejable utilizar el método
potenciométrico verificando los puntos finales a pH:8,3 y pH:4,5. Sin embargo,
debe tenerse cuidado, pues dichas interferencias pueden cubrir el electrodo de
vidrio y provocar una respuesta lenta. Se debe permitir un tiempo adicional entre
titulaciones para dejar que el electrodo alcance el equilibrio o se debe limpiar los
electrodos ocasionalmente. No se aconseja filtrar, diluir, concentrar o alterar la
muestra.
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El cloro residual presente en las aguas tratadas interfiere con el viraje de los
indicadores, por lo que debe agregarse solución de tiosulfato de sodio para
eliminarlo.
6. TOMA DE MUESTRA, ALMACENAMIENTO Y PRESERVACIÓN
Para este método analítico la muestra se recolecta en recipientes de vidrio o
polietileno con un volumen mínimo de 200 mL, y se almacena refrigerada. Las
botellas se llenan completamente y se tapan de forma hermética. Debido a que las
muestras de residual pueden estar sujetas a la acción microbiana y a la pérdida o
ganancia de CO2 u otros gases cuando se exponen al aire, se debe analizar de
forma inmediata, preferiblemente dentro de las 24 horas (1 día). Si hay sospecha
de actividad biológica, analizar la muestra dentro de las 6 horas. Si la muestra no
es analizada de forma inmediata se debe refrigerar hasta un tiempo máximo de
14 días. Evitar la agitación de la muestra y la exposición prolongada al aire. Para
muestras con pH entre 6 y 8 analice antes de 48 horas.
7. MATERIALES Y EQUIPOS
-
Titulador automático
-
Titulador electrométrico: pH metro comercial o titulador eléctrico que use
electrodo de vidrio y pueda leerse 0.05 unidades de pH. Estandarice y
calíbrelo de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Vigile la
compensación por temperatura. Si no hay compensación automática de
temperatura, titule a 25 ± 5ºC.
-
Vasija de titulación. El tamaño y forma dependen de los electrodos y
tamaño de la muestra. Mantenga espacio libre sobre la muestra tan
pequeño como sea posible, pero deje espacio para el titulante y la
inmersión de los electrodos. Para electrodos convencionales use vasos de
100 mL o 250 mL dependiendo del tamaño de la muestra. Tape el vaso con
papel parafilm haciéndole dos huecos para acomodar el electrodo y la
bureta.
-
Matraz erlenmeyer de 250 ml
-
Pipeta volumétrica
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7. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
-
Balones volumétricos de 1000 mL , 200 mL, 100 mL
-
Agitador magnético
-
Barras magnéticas
8. REACTIVOS Y SOLUCIONES
-
Solución de carbonato de sodio, aproximadamente 0.05N: Seque 3 – 5 g de
Na2CO3 estándar primario a 250 ºC por 4 horas y enfríe en desecador a
temperatura ambiente. Pese 2.5 ± 0.2 g (hasta el mg más cercano),
transfiera a un frasco volumétrico de 1 L, llene con agua destilada, y
disuelva y mezcle. No guarde por más de 1 semana.
-
Estándares de control de 50 mg y 200 mg de Carbonato de sodio: Pesar 50
mg y 200 mg de Carbonato de y aforar a 1 L con agua desionizada.
Mantener refrigerado y no conservar por más de una semana.
-
Solución estándar de ácido sulfúrico o ácido clorhídrico 0.1N: Coloque en
un vaso de 600 mL unos 300 mL de agua desionizada, agregue lentamente
2,8 mL de ácido sulfúrico concentrado (96-98%). Cuando esté a
temperatura ambiente complete a 1 L en un balón aforado, con agua
desionizada.
Si se va a utilizar ácido clorhídrico 0.1N: disolver 8.2 ml de HCl (36-38%) y
proceder de la misma forma que con el ácido sulfúrico.
-
Solución estándar de ácido sulfúrico 0.02 N: diluir 200 mL de ácido sulfúrico
0.1000 N a 1 L con agua desionizada.
Estandarización del ácido: Estandarice por titulación potenciométrica,
tomando 4 mL de solución de Na2CO3 0,05 N y adiciónelos en un vaso con
aproximadamente 50 mL de agua. Titule hasta pH de 4.5.
Calcule normalidad del ácido estándar con la siguiente relación:
Normalidad, N 
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AxB
53,00 x C
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8. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
N = normalidad del ácido en eq/L.
A = g Na2CO3/L de la solución de carbonato de sodio 0.05 N.
B = mL de solución de carbonato de sodio tomados para la valoración del
ácido.
C = mL de ácido utilizados en su valoración.
Use la normalidad de los cálculos, o ajústela a 0,1000 N; 1 mL 0,1000 N =
5 mg CaCO3
-
Indicador mixto (indicador de pH 4.5): 0,1 gr de verde de bromocresol y
0,02 gr de rojo de metilo y se disuelve en 100 ml de alcohol etílico o
isopropílico al 95% y se almacena en frascos ámbar.
-
Solución Indicadora Verde bromocresol (Indicador de pH 4.5): Disuelva 100
mg de verde bromocresol , sal de sodio en 100 ml de agua destilada.
-
Indicador de fenolftaleína 5 g/L(indicador de pH 8.3): disolver 0.5 g de
fenolftaleína en 50 mL de etanol al 95% y añadir 50 mL de agua destilada
9. PROCEDIMIENTO
9.1 TITULACIÓN POR VIRAJE DE COLOR
- Ajuste la muestra a temperatura ambiente. No la agite ni sirva varias muestras
simultáneamente.
- Tome 50 ó 100 mL de muestra con pipeta volumétrica y viértalo en un matraz o
erlenmeyer de 250 mL , y descargue el contenido manteniendo la pipeta cerca del
fondo del vaso. Si hay cloro libre presente, añada 1 gota de tiosulfato de sodio
0.1M.
- Adicione 3 gotas del indicador fenolftaleína y mezcle suavemente. Si no aparece
ningún color la alcalinidad a la fenolftaleína es cero; si aparece un color rosado o
violeta titule con el ácido 0.02 N titulado hasta cambio de color.
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9. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
- Mida otros 100 mL de muestra y añada 0.2 mL (5 gotas) de indicador mixto, que
le dará color azul. Si al agregar indicador mixto aparece un color gris rosáceo, la
alcalinidad total es cero.
- Titule dejando caer gota a gota el H2SO4 (ó HCl) 0.02N titulado, manteniendo el
matraz en agitación, sobre una superficie blanca hasta color persistente del punto
de equivalencia. Es decir el cambio de color. La solución vira de color azul a color
gris rosáceo.
-
Nota: Para una mejor visualización de este color se recomienda utilizar un
“blanco” con agua desionizada y restar luego este valor del gasto de la
muestra. Anote el volumen gastado.
9.2 TITULACIÓN POR POTENCIOMETRÍA
-
Tome una alícuota de 100 mL para alcalinidades menores a 50 mg/L (aguas
superficiales limpias), con pipeta aforada y descargue el contenido
manteniendo la pipeta cerca al fondo del vaso.
-
Tome una alícuota de 50 mL, para alcalinidades entre 50 y 100 mg/L (aguas
superficiales limpias o ligeramente contaminadas), con pipeta aforada y
descargue el contenido manteniendo la pipeta cerca del fondo del vaso.
-
Tome una alícuota de 50 o 25 mL, para alcalinidades mayores a 100 mg/L
(aguas superficiales contaminadas o aguas residuales) con probeta, ya que
la cantidad de sólidos suspendidos obstruye la pipeta y dificulta la medición
de la alícuota. La alícuota debe tomarse en una vaso de 100 mL o menor,
para que el sensor del electrodo de vidrio quede sumergido en la muestra.
-
Para determinar alcalinidad a la fenolftaleína: Mida el pH y si es superior a
8,3 titule hasta este valor haciendo adiciones de ácido más pequeñas con el
botón de la bureta digital en el mínimo que proporciona volúmenes de 0.002
mL, a medida que se acerque al punto final, y verificar que se alcance el
equilibrio de pH antes de adicionar más titulante.
-
Registre el volumen gastado de ácido a pH 8,3, para el cálculo posterior de
carbonatos e hidróxidos según el caso.
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10. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
-
Continúe la titulación hasta pH 4,5, a medida que se acerque al punto final,
hacer adiciones de ácido más pequeñas con el botón del titulador
automático en el mínimo, que proporciona volúmenes de 0.002 mL y
verificar que se alcance el equilibrio de pH antes de adicionar más titulante.
Anote los datos obtenidos en el Formato GL-F-22, Datos de Análisis
Volumétricos.
-
Construya la curva de titulación graficando el pH observado vs mL
acumulados de titulante añadidos. Determine la alcalinidad relativa a un pH
particular en la curva
Nota: No deje la muestra expuesta al aire y no la someta a agitación
mientras no esté adicionando el titulante (H2SO4 0.02 N), y no sirva varias
muestras simultáneamente.
10. CÁLCULOS
Calcule la Alcalinidad con la siguiente fórmula:
Alcalinidad , mg CaCO3 / L 
VG x N x 50000
VM
VG = mL de ácido sulfúrico utilizados en la titulación.
N = normalidad del ácido sulfúrico utilizado para la determinación.
VM = mL de muestra.
Para el cálculo de Alcalinidades relacionadas: Los resultados obtenidos de la
determinación de Alcalinidad Total y de la Fenolftaleína, ofrece un significado para
la clasificación estequiométrica de las tres principales formas de Alcalinidad
presentes en muchas aguas: Alcalinidad de carbonato, de hidróxido y de
bicarbonato.
Debido a que los cálculos son hechos sobre una base estequiométrica, la
concentración de iones no son representados en los resultados, en sentido
estricto, lo cual puede diferir significativamente de la actual concentración
especialmente a pH mayor de 10. De acuerdo a este esquema:
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11. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
a) La alcalinidad de carbonato (CO32-) se presenta cuando la alcalinidad de la
fenolftaleína no es 0, pero es menor que la Alcalinidad total
b) La alcalinidad de hidróxido (OH-) se presenta si la de la fenolftaleína supera la
mitad de la Alcalinidad total.
c) La alcalinidad de bicarbonato (HCO3-) se presenta si la de la fenolftaleína es
menor de la mitad de la total.
P: Alcalinidad de fenolftaleína
T: Alcalinidad Total
Seleccione el valor más pequeño de P o (T-P). Entonces la alcalinidad
carbonato es igual a dos veces el valor más pequeño
de
Cuando el valor más pequeño es P el balance (T-2P) es bicarbonato.
Cuando el valor más pequeño es (T-P) el balance (2P-T) es hidróxido. Todos los
resultados son expresados como CaCO3
La conversión matemática de estos resultados se muestra a continuación en la
tabla 2:
Tabla 2. Alcalinidades Relacionadas
Resultados de
Titulación
P=0
P < 1/2T
P = 1/2T
P > 1/2T
P=T
Alcalinidad de
Hidróxido como
CaCO3
0
0
0
2P – T
T
Alcalinidad de
Carbonato como
CaCO3
0
2P
2P
2 ( T – P)
0
Concentración de
Bicarbonato como
CaCO3
T
T – 2P
0
0
0
11. AUTORIDAD
Director técnico: Posee autoridad para decidir acerca del uso de equipos y la
realización, suspensión, reanudación o reprogramación de una prueba.
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12. PROTOCOLO PARA LA DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD
Responsable de calidad: Decide sobre la repetición de una prueba.
Técnico Analista titular o suplente y/o Auxiliares: Autoridad para decidir el
encendido de equipos, si se requiere, tomar las muestras, realizar las lecturas
pertinentes y repetir las pruebas cuando sea necesario.
12. FORMATOS
Datos de Análisis Volumétricos – Cód: GL-F-22
13. REFERENCIAS
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Titration
Method 2320 B. American Public Health Association, American Water Works
Association, Water Pollution Control Federation. 21st ed., New York, 2005
Ministerio de Vivienda, Ordenamiento Territorial y Medio Ambiente. Dirección
del Medio Ambiente. Laboratorio de DINAMA. Manual de Procedimientos
Analíticos para Aguas y Efluentes. Edición 1996.
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales. Programa de
fisicoquímica Ambiental. PSO Determinacion de Alcalinidad por Potenciometría.
Versión 01. Bogotá, 2005.
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