UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA AMBIENTAL

LABORATORIO N6: DESIONIZACIN DEL AGUA INTEGRANTES : -MALDONADO ZAPATA, DAVID 20112175A -BECERRA-PACHAS, GONZALO 20112169A - CORDOVA GUILLEN, CRISTHOPER 20101409F Curso: QUIMICA II PROFESOR : ING. CESAR AUGUSTO MASGO SOTO

LIMA PER

2014-II

LABORATORIO N6 DESIONIZACION DEL AGUA QUIMICA

DESIONIZACIN DEL AGUA

OBJETIVOS:

Se busca desmineralizar el agua que contiene iones como Ca+2, Mg+2, Cl-, SO4-, etc.; un primer proceso es el ablandamiento del agua, esto mediante el uso del lecho de resina catinica y posteriormente el uso del lecho de resina aninica, las cuales realizan el intercambio inico; para obtener agua de mayor pureza que se pueda asemejar a la que se consigue mediante el mtodo de destilacin, que es el mas usado en estos casos.

FUNDAMENTO TEORICO:

Intercambio inico

Es un mtodo ampliamente utilizado en tratamiento de agua. El intercambio inico consiste en reemplazar iones entre la resina y el medio. La resina es un producto sinttico, slido, insoluble en agua cargada con iones positivos y negativos

Existen varios tipos de intercambio inico:

Descalcificacin(o ablandamiento) Desionizacin (o desmineralizacin)

En la descalcificacin, se intercambian los iones calcio y magnesio (ambas sales incrustantes) por iones sodio (que forma sales no incrustantes). Es importante decir que este intercambio no produce una disminucin de la salinidad del agua tratada, sino que nicamente supone un cambio de la composicin del agua tratada.

La desionizacin, intercambia iones mediante dos tipos de resina. Una est cargada positivamente con iones H+ (que intercambia H+ por Ca, Na, Mg, Al) y otra est cargada negativamente con iones OH- (que intercambia OH-, por Cl, SO4, CO3, HCO3) En este intercambio se liberan al medio los grupos H+ y los OH- , formando el compuesto H2O.

Resinas de intercambio catinico Las resinas de intercambio inico son materiales sintticos, slidos e insolubles en agua, que se presentan en forma de esferas o perlas de 0.3 a 1.2 mm de tamao efectivo, aunque tambin las hay en forma de polvo.

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Estn compuestas de una alta concentracin de grupos polares, cidos o bsicos, incorporados a una matriz de un polmero sinttico (resinas estirnicas, resinas acrlicas, etc.) y actan tomando iones de las soluciones (generalmente agua) y cediendo cantidades equivalentes de otros iones. La principal ventaja de las resinas de intercambio inico es que pueden recuperar su capacidad de intercambio original, mediante el tratamiento con una solucin regenerante.

En los copolmeros de estireno, las cadenas de estireno se enlazan mediante el divinilbenceno y el contenido de este ltimo est directamente relacionado con la resistencia mecnica e inversamente proporcional con su porosidad.

Resina catinica (suavizadora)

Resina catinica de cido fuerte Materia prima: Esferas de poliestireno Color: Claro, dorado o rojizo Nmero de malla: 16 - 50. Presentacin : Sacos de 1 ft3 Aplicaciones:

Suavizadores de agua Retencin de calcio y magnesio.

Resinas catinicas de cido fuerte

Intercambian iones positivos (cationes). Funcionan a cualquier pH.

Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua, como primera columna de desionizacin en los desmineralizadores o para lechos mixtos. Elimina los cationes del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente cido clorhdrico (HCl).

Resinas catinicas de cido dbil

Tienen menor capacidad de intercambio. No son funcionales a pH bajos.

Elevado hinchamiento y contraccin lo que hace aumentar las prdidas de carga o provocar roturas en las botellas cuando no cuentan con suficiente espacio en su interior. Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos cido para su regeneracin, aunque trabajan a flujos menores que las de cido fuerte. Es habitual regenerarlas con el cido de desecho procedente de las de cido fuerte.

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Resina aninica

Resina aninica Materia prima: Esferas de poliestireno Color: Claro, dorado o rojizo Nmero de malla: 16 - 50. Presentacin : Sacos de 1 ft3 Aplicaciones:

Desmineralizacin de agua.

Resinas aninicas de base dbil: Utiliza principalmente para remover cidos fuertes como los cloruros los sulfatos y los nitratos. Las molculas orgnicas grandes tambin son rpidamente removidas por la resina y fcilmente desprendidas durante la regeneracin debido a su alta porosidad. Resinas aninicas de base fuerte: Tiene la capacidad de alcanzar niveles bajos de slice residual. Requiere cantidades mnimas de sosa custica, basada en poliestireno de amonio cuaternario, muestra excelente eficiencia en las caractersticas de regeneracin y enjuague. Funciona bien en los sistemas (Doublite) en desmineralizadores ya sea en cama mixta (Mixlite) o en capas estratificadas donde los diseos especiales de los rangos del tamao de las partculas resultan en alcanzar o mantener buenas separaciones. La resina aninica tiene estabilidad fsica excepcional para una resina de tipo gel convencional, lo que permite vida prolongada sin que haya un cada de presin excesiva. Tambin muestra buena cintica de intercambio, permitiendo que se alcancen flujos prcticos, niveles de concentracin muy bajos de aniones, cidos fuertes y dbiles.

Cmo trabaja el intercambio de resinas inicas?

Las resinas se separan como cuentas esfricas 0,5 a 1,0 mm de dimetro. Estos parecen slidos, incluso bajo el microscopio, pero a escala molecular la estructura es bastante abierta. Esto significa que la solucin pasa por una capa de resina que puede fluir a travs del polmero entrecruzado, puesta en contacto ntimo con los sitios de intercambio. La afinidad de las resinas de cido sulfnico para los cationes vara con el

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LABORATORIO N6 DESIONIZACION DEL AGUA QUIMICA tamao y la carga inica del catin. En general, la afinidad es mayor para los grandes iones con alta valencia.

Algunos ejemplos de resinas de intercambio inico por orden de afinidad para algunos cationes comunes son aproximadamente:

Hg2+

LABORATORIO N6 DESIONIZACION DEL AGUA QUIMICA EXPERIMENTO N1: DESMINERALIZACIN DEL AGUA

OBJETIVOS:

La desmineralizacin del agua mediante la combinacin de resinas catinicas y aninicas para retener los slidos disueltos en el agua y de esta forma conseguir la pureza del agua similar al mtodo clsico de destilacin.

FUNDAMENTO TERICO:

Desionizacin o la casa de iones

Todos los cuerpos de la naturaleza son ensamblajes de unidades elementales llamadas tomos. El agua, por ejemplo est compuesta por tomos de hidrgeno (H) y tomos de oxgeno (O).

Explicado de forma esquemtica, un tomo se presenta bajo la forma de un ncleo (reagrupa protones y neutrones) rodeado por una nube de electrones. Cada electrn lleva una carga elctrica negativa, cada protn lleva una carga positiva y los neutrones, como su nombre indica, no tienen carga alguna. Cuando el nmero de electrones es exactamente igual al de protones, entonces todas las cargas se equilibran, dejando el tomo elctricamente neutro.

Sin embargo, los electrones son partculas extremamente ligeras y viajeras. As, ocurre que un tomo pueda perder o adoptar algunos electrones, lo que desequilibra las cuentas elctricas.

Entonces se convierte en in positivo (catin) o negativo (anin). Si se disuelve cloruro sdico (sal de mesa) en agua, los tomos que la componen se disocian y se ionizan, es decir que el sodio se presenta bajo la forma de iones positivos (Na+) y el cloro bajo la forma de iones negativos (Cl-). Basta con sumergir los electrodos en estas soluciones para crear dos polos de atraccin: los aniones se precipitan hacia el electrodo positivo, los cationes hacia el negativo, y la solucin queda vaciada de sus iones. Este es el principio en el que se basa la desionizacin.

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El agua desionizada o desmineralizada

Es aquella a la cual se le han quitado los cationes, como los de sodio, calcio, hierro, cobre y otros, y aniones como el carbonato, fluoruro, cloruro, etc. mediante un proceso de intercambio inico. Esto significa que al agua se le han quitado todos los iones excepto el H+, o ms rigurosamente H3O+ y el OH-, pero puede contener pequeas cantidades de impurezas no inicas como compuestos orgnicos.

Es parecida al agua destilada en el sentido de su utilidad para experimentos cientficos, por ejemplo en el rea de la qumica analtica donde se necesitan aguas puras libres de iones interferentes.

El agua desionizada tiene valores tpicos de resistividad de 18,2 Mcm, o su inversa, la conductividad, de 0,055 Scm-1.

El agua desionizada puede cambiar su pH con facilidad al ser almacenada, debido a que absorbe el CO2 atmosfrico. ste, al disolverse, forma cido carbnico, de ah el aumento de la acidez, que puede ser eliminada hirviendo el agua.

El agua desionizada es bastante agresiva con los metales, incluso con el acero inoxidable, por lo tanto debe utilizarse plstico o vidrio para su almacenaje y manejo.

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MATERIALES:

- Pipeta. - Vaso colector. - Bombilla. - Probetas. - Bureta. - Soporte. - Algodn

COMPUESTOS:

- Resina Aninica ( R- ) - Nitrato de Plata (AgNO3) - Cloruro de Bario (BaCl2). - Agua Blanda (Lab.5)

PROCEDIMIENTO:

Similar al laboratorio anterior ,se prepara cuidadosamente la columna de intercambio en una bureta bien limpia, introduciendo primero un pedazo de algodn , seguidamente de Resina Aninica (5ml) la cual es acomodada de tal modo que no sobren espacios entre el algodn y la resina.

Agregamos el agua BLANDA obtenida en el laboratorio N5 sobre la bureta y

graduamos su llave de tal modo que el lquido fluya a razn de 2 gotas por segundo.

En seguida analizamos parte del agua acumulada en el vaso colector, la cual recibe el nombre de agua DESIONIZADA, para ello le agregamos gotas de solucin de AgNO3, la formacin de opalescencia nos indica presencia del in Cl. Tambin agregamos gotas de BaCl2, la formacin de un precipitado blanco, nos indica presencia del in Sulfato.

Cuando se observe la existencia de dureza del agua, se deja de adicionar ms

muestra, quedando por concluido el experimento.

PARTE EXPERIMENTAL

La desionizacin consiste en la eliminacin de cationes y aniones (Cl- y SO2-4) contenidos en el agua. Para lo cual se utilizar dos tipos de resina, primero la resina catinica (laboratorio #5) y luego la resina aninica.

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Resina aninica: R NH+3OH- + Cl- R NH+3Cl- + OH- Sales de amonio muestra Para verificar la correcta desionizacin del agua recolectada al final del proceso, analizar: Cl- + AgNO3 AgCl SO2-4 + BaCl2 BaSO4 De existir alguna de estas partculas en el agua, al someterla a los compuestos mostrados se formarn los precipitados que se indican en las ecuaciones respectivamente. Luego de recolectar cierta cantidad de agua desionizada y al hacer los anlisis respectivos, se determinar que existen impurezas, entonces se procede a la regeneracin de la resina aninica, mediante el empleo de NaOH (1 M). 6 Lb NaOH 1pie3 resina 3000 gr NaOH 28320 ml resina mNaOH 5 ml resina Resolviendo mNaOH = (5 x 3000) / 28320 = 0.5 gr Lo que representa 0.5 ml de NaOH (1 M)

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APLICACIONES A LA ESPECIALIDAD

Tratamiento de agua

Eliminacin de la dureza del agua. o Eliminacin de calcio y magnesio evitando as depsitos e

incrustaciones. Se emplean resinas de poliestireno sulfonado. o Eliminacin de hierro y manganeso, cuya presencia puede manchar

tejidos, formar depsitos en tuberas e inducir su corrosin. Este proceso debe realizarse con precaucin por existir un riesgo de que ambos iones precipiten sobre la resina.

Alcalinidad del agua: Eliminacin de aniones bicarbonato, carbonato e hidrxidos. Generalmente se emplean resinas en forma cloruro.

Eliminacin de materia orgnica: Eliminacin de cidos orgnicos (ejemplos: cidos hmicos o taninos) precursores de trihalometanos al clorar el agua. Se emplean generalmente resinas aninicas en forma de cloruro, especialmente de tipo acrlico.

Eliminacin de nitratos: Eliminacin de aniones nitrato NO3-, mediante resinas en forma de cloruro.

Eliminacin del in amonio: Eliminacin de NH4+ por medio de resinas catinicas.

Desionizacin del agua: Reduccin de los cationes (Ca2+, Na+, Mg2+, etc.) y aniones (Cl-, SO4 2-, etc.) presentes en el agua a niveles muy bajos. Muy importante para laboratorios, industrias farmacuticas, cosmticos, microelectrnica, etc. Se realiza mediante una resina catinica y dos resinas aninicas, una bsica dbil que adsorber los cidos fuertes y otra bsica para intercambiar los aniones.

Industria nuclear

Tratamiento de efluentes contaminados con elementos radiactivos, purificacin del agua de refrigeracin del ncleo, etc. Las resinas, una vez usadas y contaminadas con elementos radiactivos, deben tratarse como un residuo radiactivo ms.

Industria alimentaria

Purificacin del agua (por ejemplo: industria de la cerveza), desmineralizar lquidos azucarados y jarabes, controlar la acidez, el olor, el sabor y contenido en sal del alimento. Tambin se emplean para aislar o purificar aditivos o componentes de alimentos.-5-6-

Industria farmacutica

Recuperacin y purificacin de productos (antibiticos, vitaminas, enzimas, protenas, entre otros).

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Hidrometalurgia

Tratamiento de efluentes procedentes de la industria de refinado de metales. Recuperacin y concentracin de metales valiosos (Oro, Platino, Plata, Cobre, Uranio, Cromo, etc.).

RECOMENDACIONES

Pasar unos 5 ml de agua destilada para limpiar la bureta No introducir mucho algodn en la bureta ya que este puede taponear y no

permitir el fluido paso del agua. Cubrir los costados de las buretas con algodn para evitar que el agua caiga al

tubo con agua desionizada, pues una pequea gota estropeara nuestra experiencia.

Evitar contacto con el voltmetro debido a que el cuerpo humano posee iones y esto hara variar nuestros clculos.

Calibrar el voltmetro con un poco de agua destilada.

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CUESTIONARIO 1. Qu es el agua potable?

El agua potable es un agua que se puede beber sin riesgo para la salud. Para ser consumible, el agua debe ser tratada para eliminar las sustancias inertes o vivas que pueden ser nocivas para el organismo. Por consiguiente, se establecen normas para fijar los contenidos lmite.

Para asegurar su calidad se han establecidos valores mximos y mnimos para el contenido en minerales, diferentes iones como cloruros, nitratos, nitritos, amonio, calcio, magnesio, fosfato, arsnico etc. adems de los grmenes patgenos. El pH del agua potable debe estar entre 6,5 y 8,5. Estos valores se recogen en la normativa 98/83/EU. Los controles sobre el agua potable suelen ser ms severos que los controles aplicados sobre las aguas minerales embotelladas.

En la actualidad, se denomina agua potable a la tratada para su consumo humano segn unos estndares de calidad determinados por las autoridades locales e internacionales.

En zonas con intensivo uso agrcola es cada vez ms difcil encontrar pozos cuya agua se ajusta a las exigencias de las normativas. Especialmente los valores de nitratos y nitritos adems de las concentraciones de los compuestos fitosanitarios superan a menudo el umbral de lo permitido. La razn suele ser el uso masivo de abonos minerales o la filtracin de purines. El nitrgeno aplicado de esta manera que no es asimilado por las plantas es transformado por los microorganismos del suelo en nitrato y luego arrastrado por la agua de lluvia al nivel fretico.

Tambin ponen en peligro el suministro de agua potable otros contaminantes medioambientales como el derrame de derivados del petrleo, lixiviados de minas, etc.

La produccin

Al proceso de conversin de agua comn en agua potable se le denomina potabilizacin. Suele consistir en un stripping de compuestos voltiles seguido de la precipitacin de impurezas con floculantes, filtracin y desinfeccin con cloro u ozono. En zonas con pocas precipitaciones y disponibilidad de aguas marinas se puede producir agua potable por desalinizacin. Este se lleva a cabo a menudo por smosis inversa o destilacin.

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En algunos pases se aaden pequeas cantidades de fluoruro al agua potable para mejorar la salud dental.

Suministro

El suministro de agua potable al consumidor es un problema que ha ocupado al hombre desde la antigedad. Ya en la Grecia clsica se construan acueductos y tuberas de presin para asegurar el suministro local.

En algunas zonas se construan y construyen cisternas que recogen las aguas pluviales. Estos depsitos, tambin llamados aljibes, suelen ser subterrneos para que el agua se mantenga fresca y a salvo de la luz del sol.

2. Qu es el agua desionizada?

El agua demonizada es aquella que ha pasado por una desionizacin el cual es un Proceso que utiliza resinas de intercambio inico de fabricacin especial que eliminan las sales ionizadas del agua. Tericamente puede eliminar el 100% de las sales. La desionizacin normalmente no elimina los compuestos orgnicos, virus o bacterias excepto a travs del atrapado accidental en la resina y las resinas aninicas de base fuerte de fabricacin especial que eliminan las bacterias gram negativo. Otro mtodo usado para eliminar los iones del agua es la electrodesionizacin.

3. Usos del agua desionizada

Se utiliza para varios usos, incluyendo la elaboracin de calidades analticas y reactivas, dilucin de muestras, alimentacin de analizadores bioqumicos y preparacin de soluciones farmacuticas.

Tiene demanda en gran escala industrial, por industrias como las plantas de energa, fibras sintticas, tubos de televisin, papel para condensadores, fbricas de hielo y refino de azcar.

Es del mayor inters observar que estas industrias son ahora capaces de producir agua de conductividad (107 ohm-cm) en cantidad de millones de galones diarios y a un costo de unos pocos centavos por mil galones.

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4. Por qu la resina catinica para ablandamiento se regenera con NaCl y la resina catinica para desmineralizacin se regenera con HCl?

Las resinas pueden ser regeneradas tratando la resina catinica con cido sulfrico u otro acido fuerte el cido se lleva los cationes y deja en su lugar iones de hidrgeno.

La resina aninica puede ser tratada por una base fuerte. Como el hidrxido de sodio, que se apodera de los aniones que la resina tom de la solucin salina y hace volver a la resina a su forma hidroxilada.

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