Dureza Del Agua

DUREZA DEL AGUA

Marco teórico

Se denomina dureza del agua a la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio. El agua denominada comúnmente como “dura” tiene una elevada concentración de dichas sales y el agua “blanda” las contiene en muy poca cantidad.

Por lo general la dureza del agua es causada por la presencia de iones calcio (Ca2+) y iones magnesio (Mg2+) disueltos en el agua. Otros cationes como el aluminio (Al3+) y el fierro (Fe3+) pueden contribuir a la dureza, sin embargo su presencia es menos crítica.

La forma de dureza más común y problemática es la causada por la presencia de bicarbonato de sodio (Ca (HCO3)2). El agua la adquiere cuando la lluvia pasa por piedra caliza (CaCO3). Cuando el agua de lluvia cae disuelve dióxido de carbono (CO2) del aire y forma ácido carbónico (H2CO3), por lo que se acidifica ligeramente:

CO2 (g) + H2O (l) = H2CO3 (ac)

El carbonato de sodio (CaCO3) no es muy soluble en agua, sin embargo, cuando el ácido diluido pasa por la piedra caliza reacciona formando bicarbonato de sodio (Ca (HCO3)2) que sí es soluble en agua:

CaCO3 (s) + H2CO3 (ac) = Ca2+ (ac) + 2HCO3- (ac)

Por lo tanto, el agua de lluvia toma iones calcio Ca2+ y iones bicarbonato HCO3- y se vuelve dura. Cuando el agua dura se calienta las dos reacciones anteriores se revierten y se forma carbonato de calcio, agua y dióxido de carbono:

Ca2+ (ac) + 2HCO3- (ac) = CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

El carbonato de calcio (CaCO3) es mucho menos soluble en agua que el bicarbonato de calcio (Ca (HCO3)2) por lo que se precipita formando un sólido conocido como sarro, incrustaciones o incrustaciones de calcio. Como este tipo de dureza es fácil de remover se le conoce como dureza temporal. El sarro aparece por lo general alrededor de sistemas de agua caliente y elemento de calentamiento. Sin embrago, si el agua es extremadamente dura se puede formar sarro en tuberías de agua fría.

Otros tipos de dureza temporal son causados por la presencia de iones magnesio Mg2+ y la precipitación de hidróxido de magnesio (Mg (OH)2) puede contribuir a los problemas de incrustaciones. La combinación de iones de calcio Ca2+ y magnesio Mg2+ con iones cloruro (Cl-), sulfato (SO42-) y nitrato (NO32-) se conoce como dureza permanente. Por ejemplo en algunas áreas el sulfato de calcio CaSO4 puede causar una dureza considerable. La dureza permanente no puede ser removida hirviendo el agua.

El término dureza total es usado para describir la combinación de dureza de magnesio y calcio. Sin embargo, los valores de dureza se reportan por lo general en términos de carbonato de calcio (CaCO3) porque es la causa principal de las incrustaciones.

La clasificación de la dureza del agua

Dureza temporal

La dureza temporal se produce a partir de la disolución de carbonatos en forma de hidrógeno carbonatos (bicarbonatos) y puede ser eliminada al hervir el agua o por la adición del hidróxido de calcio (Ca (OH)2).

El carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente que en agua fría, así que hervir (que contribuye a la formación de carbonato) se precipitará el bicarbonato de calcio fuera de la solución, dejando el agua menos dura. Los carbonatos pueden precipitar cuando la concentración de ácido carbónico disminuye, con lo que la dureza temporal disminuye, y si el ácido carbónico aumenta puede aumentar la solubilidad de fuentes de carbonatos, como piedras calizas, con lo que la dureza temporal aumenta. Todo esto está en relación con el pH de equilibrio de la calcita y con la alcalinidad de los carbonatos. Este proceso de disolución y precipitación es el que provoca las formaciones de estalagmitas y estalactitas.

Dureza permanente

Esta dureza no puede ser eliminada al hervir el agua, es usualmente causada por la presencia de sulfatos y/o cloruros de calcio y de magnesio en el agua, sales que son más solubles mientras sube la temperatura hasta cierta temperatura luego la solubilidad disminuye conforme aumenta la temperatura.

Problemas causados por dureza

• Se necesita más jabón para lavar (el jabón no hace espuma). Algunos detergentes modernos son menos eficientes porque los aniones (también conocidos como surfactantes), reaccionan con los iones calcio Ca2+ y magnesio Mg2+ en lugar de retener las partículas de mugre en suspensión.

• El jabón hecho a base de grasa animal puede reaccionar con el ion calcio Ca2+ y magnesio Mg2+ formando un precipitado que puede irritar la piel y arruinar la ropa.

• Algunos alimentos, particularmente los frijoles y los chíncharos, cuando son cocidos con agua dura se endurecen. Los iones de calcio alteran algunas moléculas dentro de los frijoles, por lo que la estructura que se forma no deja pasar el agua y el frijol permanece duro. Una manera simple para contrarrestar este efecto es la adición de bicarbonato de sodio (NaHCO3)) al agua donde se van a cocer los frijoles. • El sarro puede tapar tuberías y conexiones. Además de hacer menos eficiente hasta en un 90% los elementos de calefacción con una capa de 25mm de carbonato de calcio (CaCO3).

PARTE EXPERIMENTAL

1. Determinación cualitativa

• Comenzamos poniendo en un tubo agua destilada en un segundo tubo agua de caño y en un tercer tubo agua hervida hasta una altura de 5 cm de altura para cada uno y le agregamos a cada tubo 10 gotas de jabón a cada tubo.

Observamos en la imagen que el agua destilada tiene más espuma, seguido del agua hervida y el de menor espuma el agua de caño.

• Luego agregamos a cada tubo tres gotas de indicador azul de bromotimol.

Notamos que el agua destilada toma coloración amarilla, el agua hervida toma una coloración azul y el agua de caño una coloración verdosa.

• Con fin de comparación en dos tubos agregamos agua destilada hasta una altura de 5 cm y a uno de ellos le agregamos una gota de HCl 0.1M y al otro

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