Osorio Gonzlez Carla J.Portilla Sangabriel MelisaRoln Rodrguez ItzelUNIVERSIDAD VERACRUZANAFACULTAD DE INGENIERA Y CIENCIAS QUMICASINGENIERA AMBIENTAL.

PRCTICA:DETERMINACIN DE DUREZA Y ABLANDAMIENTO DE AGUA POR MEDIO DE PROCESOS DE INTERCAMBIO IONICO

OBJETIVOS Establecer la fundamentacin cientfica y prctica para el uso de los principios del intercambio inico en los procesos de tratamientos de cuerpos de agua con determinadas caractersticas de dureza. Ejecutar la prctica de laboratorio aplicando la fundamentacin terica del principio de intercambio inico. INTRODUCCION

En muchas ocasiones los suministros de agua natural contienen sales disueltas, las cuales se disocian en el agua para formar partculas con carga, conocidas como iones. Estos iones estn presentes por lo general en concentraciones relativamente bajas, y permiten que el agua conduzca electricidad. Algunas veces se conocen como electrolitos. Estas impurezas inicas pueden causar problemas en los sistemas de enfriamiento y calefaccin, generacin de vapor, y manufactura. Los iones comunes que se encuentran en la mayora de las aguas incluyen los cationes de carga positiva; calcio y magnesiocationes que generan dureza, los cuales hacen que el agua sea duray sodio. Los aniones de carga negativa incluyen alcalinidad, sulfato, cloruro, y silicio.

Las resinas de intercambio inico son particularmente adecuadas para la eliminacin de estas impurezas por varias razones: las resinas poseen una alta capacidad para los iones que se encuentran en bajas concentraciones, las resinas son estables y se regeneran fcilmente, los efectos de la temperatura son en su mayora insignificantes, y el proceso es excelente tanto para grandes como pequeas instalaciones, por ejemplo, desde suavizadores de agua para el hogar hasta grandes instalaciones de servicios.

FUNDAMENTO TERICO El intercambio inico es una operacin de separacin basada en la transferencia de materia fluido-slido. Implica la transferencia de uno o ms iones de la fase fluida al slido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostticas a grupos funcionales superficiales. La eficacia del proceso depende del equilibrio slido-fluido y de la velocidad de transferencia de materia. Los slidos suelen ser de tipo polimrico, siendo los ms habituales los basados en resinas sintticas. Una resina de intercambio inico puede considerarse como una estructura de cadenas hidrocarbonadas a las que se encuentran unidos de forma rgida grupos inicos libres. Estas cadenas se encuentran unidas transversalmente formando una matriz tridimensional que proporciona rigidez a la resina y donde el grado de reticulacin o entrecruzamiento determina la estructura porosa interna de la misma. Como los iones deben difundirse en el interior de la resina para que ocurra el intercambio, la seleccin del grado de reticulacin puede limitar la movilidad de los iones participantes. Las cargas de los grupos inicos inmviles se equilibran con las de otros iones, de signo opuesto, denominados contraiones, que estn libres y que son los que se intercambian realmente con los del electrolito disuelto. Cuando dichos iones son cationes, los cambiadores inicos se denominan catinicos y cuando son aniones se denominan El intercambio inico puede explicarse como una reaccin reversible implicando cantidades qumicamente equivalentes. Un ejemplo comn del intercambio catinico es la reaccin para el ablandamiento del agua:Ca++ + 2NaR CaR + 2Na+ Donde R representa un lugar estacionario aninico univalente en la malla del polielectrolito de la fase intercambiador. Las resinas de intercambio inico pueden ser fabricadas en una de dos estructuras fsicas, gelatinosa o macroporosa. Las resinas gelatinosas son polmeros homogneos entrecruzados y son las resinas ms comnmente disponibles. stas tienen sitios de intercambio distribuidos de manera pareja a travs de la esfera. La cantidad de entrecruzamiento de DVB que se utiliza en la sntesis de una esfera determina su fortaleza relativa. La resina catinica de cido fuerte que se usa para la suavizacin, la cual es el medio ms comn de intercambio inico, consiste casi siempre de un material gelatinoso de 8% DVB. Se ha comprobado que la cantidad de DVB que contiene esta resina es la ms econmica en trminos de precio de la resina y duracin esperada de funcionamiento. Actualmente se encuentran disponibles resinas con un contenido de DVB entre 2% y 20% y an ms. Un entrecruzamiento adicional puede obstruir la cintica, haciendo que la esfera sea demasiado resistente a la contraccin e hinchamiento que son necesarios durante el funcionamiento normal. Las resinas gelatinosas por lo general tienen mayores eficiencias de funcionamiento y son de menor costo. Un macroporo proporciona mejor estabilidad fsica, principalmente debido a su estructura con apariencia esponjosa, que libera la presin de mejor manera. Asimismo elimina parte del rompimiento que puede ocurrir debido a la presin osmtica. Mientras mayor sea el rea en una resina aninica macroporosa, mejor ser su resistencia a la incrustacin. En una resina catinica, un mayor nivel de entrecruzamiento proporciona mejor resistencia a la oxidacin. Existen dos tipos principales de estructuras qumicas, estirnicas y acrlicas. Los materiales a base de estireno descritos anteriormente son hidrocarburos aromticos. Las resinas acrlicas son hidrocarburos de cadena recta basadas en poliacrilato y polimetacrilato. El DVB an se utiliza como entrecruce en estas resinas, pero los acrlicos difieren de los estirnicos en que el sitio de intercambio activo es parte de la estructura fsica. Esto significa que sus estabilidades fsicas y qumicas estn entrecruzadas. Cuando una resina acrlica se degrada qumicamente, ocurre por lo general en el sitio de intercambio, que es el eslabn ms dbil. Esto destruye la estructura fsica. Cuando se oxida una resina acrlica, sta se hinchar y ablandar. Las resinas de intercambio inico por lo general tienen una mayor selectividad hacia los iones de mayor valencia o carga. Entre los iones con una misma carga se encuentran mayores afinidades hacia los iones con un nmero atmico ms alto. Estas relaciones de afinindad son revertidas en soluciones concentradas. Esto es lo que hace posible la regeneracin de las resinas agotadas. Una resina catinica agotada que se utiliza para suavizar por lo general se encuentra en forma de calcio o magnesio, de los cuales ambos son iones bivalentes. La resina es restaurada a su condicin regenerada, la forma del sodio, introduciendo una solucin de 10% de cloruro de sodio. Esta solucin de cloruro de sodio se encuentra lo suficientemente concentrada100,000 partes por milln (ppm)como para revertir la selectividad. La fuerza impulsadora del ion monovalente de sodio luego convierte MATERIALES Columna de intercambio inico (ubicada en la purificadora) 3 Vasos de precipitado. 1 soporte universal Bureta de 10 25 mL 2 matraz Erlenmeyer 1 Agitador de vidrio 2 Pipetas de 5mL, y 10 mL Medidor de pH.

REACTIVOS Indicador Negro de eriocromo T Disolucin EDTA (cido etilendiaminotetraactico) Sal disdica de cido EDTA dihidratada Disolucin amortiguadora de pH 10 Cloruro de amonio Amoniaco concentrado Sal de magnesio de EDTA

PROCEDIMIENTO 1.- Realizamos las disolucionesDisolucin amortiguadora:Pesar aproximadamente y con precisin 16,9 g de cloruro de amonio y disolver en 143 mL de amoniaco concentrado. Aadir aproximadamente 1,25 g de sal de magnesio de EDTA y diluir hasta 250 mL con agua.Disolucin de EDTA (0.01M):Disolucin de EDTA (aproximadamente 0,01 M). Pesar aproximadamente y con precisin 3,723 g de sal disdica del cido etilendiaminotetraactico dihidratada; disolver en agua y diluir a 1L.2. Determinamos Dureza de la muestra de agua cruda Colocar 50 mL de muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 mL. Aadir 1 mL 2 mL de disolucin amortiguadora. Generalmente un mL es suficiente para alcanzar un pH de 10,0 a 10,1. Aadir una cantidad adecuada (0,2 g) del indicador eriocromo negro T. La muestra debe tomar un color vino rojizo. Titular con la disolucin de EDTA 0,01 M agitando continuamente hasta que desaparezcan los ltimos matices rojizos. Aadir las ltimas gotas con intervalos de 3 s a 5 s. En el punto final la muestra cambia de color rojizo a azul.

Clculos:

3. Despus de haber obtenido la dureza del agua a tratar pasamos a utilizar nuestra muestra de agua en el intercambiador inico. 3. Repetimos el proceso del clculo de la dureza con el efluente para posteriormente determinar la eficiencia de la resina intercambiadora. 4. Determinamos la eficiencia de la resina intercambiadora E= ((Dureza inicial Dureza Final)*100) / Dureza inicialRESULTADOS:

Operaciones Fsicas UnitariasPgina 1