DETERMINACIÓN
DE SÓLIDOS DISUELTOS TOTALES, CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA Y SALINIDAD DEL AGUA
1. Introducción
La composición
iónica del agua constituye una característica fundamental para la evaluación de
su calidad. Las aguas naturales contienen cantidades variables de sales y otras
sustancias disueltas procedentes de la meteorización de rocas y suelos, la interacción
agua-sedimento, la intrusión salina, la evaporación y diferentes actividades
humanas.
Entre los
parámetros empleados para estudiar el contenido de sustancias disueltas se
encuentran la conductividad eléctrica, los sólidos disueltos totales (SDT o
TDS, por sus siglas en inglés) y la salinidad. Aunque estos parámetros están
relacionados, no representan exactamente la misma propiedad y, por tanto, sus
valores no deben considerarse equivalentes.
La conductividad
eléctrica expresa la capacidad del agua para conducir una corriente eléctrica y
depende principalmente de la concentración, movilidad y carga de los iones
presentes. En términos generales, un aumento de especies iónicas disueltas
produce un incremento de la conductividad. Por esta razón, su medición
constituye una herramienta rápida para comparar el grado de mineralización de
diferentes muestras de agua.
Los sólidos
disueltos totales representan la fracción de materia que permanece disuelta en
el agua después de separar los sólidos suspendidos. Su determinación de
referencia es gravimétrica; sin embargo, numerosos equipos portátiles estiman
los SDT a partir de la conductividad mediante un factor de conversión. La
salinidad, por su parte, describe la cantidad de sales disueltas y puede ser
estimada instrumentalmente a partir de propiedades eléctricas de la muestra.
En esta práctica
se compararán muestras de agua de diferente procedencia mediante mediciones de
conductividad eléctrica, SDT y salinidad. También se prepararán disoluciones de
cloruro de sodio de concentración conocida para observar experimentalmente cómo
el incremento de la concentración de un electrolito modifica estos parámetros.
2. Objetivos
Objetivo general
Evaluar la mineralización de diferentes
muestras de agua mediante la determinación de conductividad eléctrica, sólidos
disueltos totales y salinidad.
Objetivos específicos
· Medir la conductividad eléctrica de
muestras de agua de diferente procedencia.
· Determinar o estimar los sólidos disueltos
totales y la salinidad mediante el equipo correspondiente.
· Relacionar la presencia de especies
iónicas con la capacidad del agua para conducir corriente eléctrica.
· Evaluar experimentalmente el efecto de la
concentración de cloruro de sodio sobre la conductividad, los SDT y la
salinidad.
· Comparar los resultados obtenidos entre
las diferentes muestras.
· Interpretar los resultados desde una
perspectiva de calidad ambiental del agua.
3. Fundamento teórico
3.1. Especies iónicas en el agua
Las sales solubles
presentes en el agua se disocian formando iones capaces de desplazarse bajo la
acción de un campo eléctrico. Entre los iones frecuentes en aguas naturales se
encuentran Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl⁻, HCO₃⁻ y SO₄²⁻. La cantidad y naturaleza de
estas especies dependen de la geología, los procesos hidrológicos y las
actividades desarrolladas en el entorno.
La disolución del
cloruro de sodio puede representarse mediante:
NaCl(s) → Na⁺(ac) + Cl⁻(ac)
De manera
semejante, otras sales solubles generan especies cargadas. Por ejemplo:
CaCl₂(s) → Ca²⁺(ac) + 2 Cl⁻(ac)
Estas especies
cargadas permiten el transporte de corriente eléctrica a través de la
disolución. Por ello, el agua con mayor concentración de iones suele presentar
una conductividad superior a la de un agua con baja mineralización.
3.2. Conductividad eléctrica
La conductividad
eléctrica es una medida de la capacidad de una disolución para transportar
corriente eléctrica. En estudios de calidad de agua suele expresarse en
microsiemens por centímetro (µS/cm) o milisiemens por centímetro (mS/cm). La
conductancia específica se refiere a la conductividad normalizada a una
temperatura determinada, habitualmente 25 °C.
La conductividad
depende de la concentración de iones, su carga y movilidad, así como de la
temperatura. Por esta razón, la temperatura debe registrarse durante la
medición o utilizarse la compensación automática de temperatura del instrumento
cuando corresponda.
La relación entre
unidades puede expresarse como:
1 mS/cm = 1000 µS/cm
3.3. Sólidos disueltos totales
Los sólidos
disueltos totales corresponden a la materia disuelta presente en una muestra de
agua. El método gravimétrico de referencia determina la masa del residuo que
permanece después de la evaporación y secado de una porción filtrada de la
muestra. Los medidores portátiles, en cambio, suelen proporcionar una
estimación de SDT a partir de la conductividad eléctrica.
De forma general,
la estimación instrumental puede representarse como:
SDT (mg/L) ≈ k × CE
(µS/cm)
donde k es un factor de conversión
establecido por el instrumento o seleccionado según las características de la
muestra. Este factor no es universal; por ello, los SDT estimados mediante
conductividad deben interpretarse como una aproximación y no como sustituto
exacto de una determinación gravimétrica.
3.4. Salinidad
La salinidad
expresa el contenido de sales disueltas en el agua. Puede informarse en
diferentes unidades o escalas según el método y el instrumento utilizado. En
aguas naturales, la salinidad y los SDT están relacionados con la composición
iónica, pero no son magnitudes idénticas.
El aumento de
sales disueltas incrementa generalmente la conductividad. Esta relación permite
utilizar la conductividad como una medida indirecta de cambios en la
mineralización o salinidad de una fuente de agua, siempre que se reconozcan las
limitaciones asociadas a la composición química de cada muestra.
3.5. Importancia ambiental
Valores elevados
de conductividad, SDT o salinidad pueden tener origen natural o antropogénico.
Entre las posibles causas se encuentran la disolución de minerales, la
evaporación intensa, la intrusión de agua salina, los fertilizantes, algunas
descargas industriales y domésticas y otras fuentes de sales.
Una medición
aislada no permite identificar por sí sola el contaminante responsable. Sin
embargo, la comparación entre sitios o el seguimiento temporal de una misma
fuente puede revelar cambios que justifiquen análisis químicos más específicos.
4. Materiales y equipos
· Medidor de conductividad/TDS/salinidad o
equipo multiparámetro con estas funciones
· Termómetro, si el equipo no registra
temperatura
· Vasos de precipitados de 100 o 250 mL
·
Probeta graduada
·
Matraces aforados de 100 mL
·
Balanza
·
Espátula
·
Vidrio de reloj o recipiente para pesada
·
Pipeta Pasteur o gotero
·
Varilla de vidrio
·
Papel absorbente
·
Etiquetas y marcador permanente
·
Guantes
·
Gafas de seguridad
Reactivos
·
Cloruro de sodio (NaCl)
·
Agua destilada
5. Muestras sugeridas
1. Agua potable de la red.
2. Agua
embotellada.
3. Agua
de pozo.
4. Agua
de lluvia.
5. Agua de río, arroyo, laguna o canal.
6. Agua de otra fuente ambiental seleccionada
por el grupo.
Importante: las muestras ambientales se considerarán no aptas para consumo
durante toda la práctica.
6. Procedimiento experimental
Parte A. Preparación de disoluciones patrón de NaCl
1. Rotule
cuatro matraces aforados de 100 mL como P0, P1, P2 y P3.
2. Prepare
P0 utilizando únicamente agua destilada.
3. Prepare P1 disolviendo 0.050 g de NaCl en
agua destilada y complete hasta 100 mL.
4. Prepare P2 disolviendo 0.100 g de NaCl en
agua destilada y complete hasta 100 mL.
5. Prepare P3 disolviendo 0.200 g de NaCl en
agua destilada y complete hasta 100 mL.
6. Homogeneice cada disolución antes de
realizar las mediciones.
Las
concentraciones nominales correspondientes son 0, 500, 1000 y 2000 mg/L de
NaCl, respectivamente.
Parte B. Preparación y verificación del equipo
1. Encienda el equipo y permita su
estabilización de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
2. Verifique que la unidad de conductividad
sea µS/cm o mS/cm y registre la unidad utilizada.
3. Verifique las unidades mostradas para SDT
y salinidad.
4. Realice la calibración o verificación del
instrumento según el procedimiento indicado para el modelo utilizado.
5. Enjuague la sonda con agua destilada y
retire el exceso de agua sin frotar la superficie sensible.
Parte C. Efecto de la concentración de NaCl
1. Transfiera una porción de P0 a un vaso de
precipitados limpio.
2. Introduzca la sonda hasta la profundidad
recomendada por el fabricante.
3. Espere hasta obtener una lectura estable.
4. Registre temperatura, conductividad, SDT y
salinidad.
5. Enjuague la sonda con agua destilada.
6. Repita el procedimiento con P1, P2 y P3,
trabajando desde la menor hacia la mayor concentración.
7. Realice dos lecturas de cada disolución y
calcule el promedio.
Parte D. Análisis de las muestras ambientales
1. Homogeneice suavemente cada muestra sin
producir espuma.
2. Transfiera
aproximadamente 100 mL a un vaso de precipitados limpio.
3. Enjuague la sonda con una pequeña porción
de la muestra cuando el procedimiento del equipo lo permita.
4. Introduzca la sonda y espere hasta que la
lectura se estabilice.
5. Registre temperatura, conductividad, SDT y
salinidad.
6. Retire la sonda y enjuáguela con agua
destilada antes de analizar la siguiente muestra.
7. Realice
dos mediciones de cada muestra.
8. Calcule el promedio de cada parámetro.
7. Registro de resultados
Tabla 1. Disoluciones de NaCl
|
Disolución |
NaCl (mg/L) |
Temp. (°C) |
CE promedio |
SDT promedio |
Salinidad promedio |
|
P0 |
0 |
|
|
|
|
|
P1 |
500 |
|
|
|
|
|
P2 |
1000 |
|
|
|
|
|
P3 |
2000 |
|
|
|
|
Tabla 2. Muestras de agua
|
Parámetro |
Muestra A |
Muestra B |
Muestra C |
Muestra D |
Unidad |
|
Procedencia |
|
|
|
|
— |
|
Temperatura |
|
|
|
|
°C |
|
Conductividad 1 |
|
|
|
|
|
|
Conductividad 2 |
|
|
|
|
|
|
Conductividad promedio |
|
|
|
|
µS/cm o mS/cm |
|
SDT 1 |
|
|
|
|
mg/L |
|
SDT 2 |
|
|
|
|
mg/L |
|
SDT promedio |
|
|
|
|
mg/L |
|
Salinidad 1 |
|
|
|
|
según equipo |
|
Salinidad 2 |
|
|
|
|
según equipo |
|
Salinidad promedio |
|
|
|
|
según equipo |
Para cada parámetro medido por duplicado:
Promedio
= (medición 1 + medición 2) / 2
8. Análisis e interpretación de resultados
1. Construya una gráfica de conductividad
eléctrica frente a concentración de NaCl para P0, P1, P2 y P3.
2. Describa la tendencia observada al
aumentar la concentración de NaCl.
3. Compare la tendencia de los SDT y la
salinidad con la observada para la conductividad.
4. Ordene las muestras ambientales desde la
menor hasta la mayor conductividad.
5. Determine si el orden obtenido para
conductividad coincide con el de SDT y salinidad.
6. Identifique qué muestra presenta mayor
grado aparente de mineralización.
7. Proponga posibles causas naturales o
antropogénicas para las diferencias observadas entre las muestras.
8. Compare estos resultados con el pH
obtenido previamente para las mismas fuentes y explique por qué pH y
conductividad aportan información diferente.
9. Explique por qué no debe utilizarse un
único factor universal para convertir conductividad en SDT en todas las aguas
naturales.
Nota: la conductividad, los SDT y la salinidad permiten caracterizar la
mineralización del agua, pero no identifican por sí solos los iones presentes
ni demuestran la potabilidad de una muestra.
9. Cuestionario poslaboratorio
1. ¿Por qué el agua destilada presenta
normalmente una conductividad menor que una disolución de NaCl?
2. ¿Qué especies químicas se generan cuando
el NaCl se disuelve en agua?
3. ¿Por qué aumenta la conductividad cuando
se incrementa la concentración de un electrolito soluble?
4. ¿Qué diferencia conceptual existe entre
conductividad eléctrica, sólidos disueltos totales y salinidad?
5. ¿Por qué la temperatura puede afectar la
medición de conductividad?
6. ¿Por qué los SDT estimados por un medidor
de conductividad no deben considerarse idénticos a los obtenidos mediante un
método gravimétrico?
7. Una muestra presenta conductividad
elevada. ¿Puede concluirse únicamente con este resultado que está contaminada? Justifique.
8. ¿Qué análisis adicionales realizaría para
identificar las especies responsables de una conductividad elevada?
10. Seguridad y manejo de residuos
· Utilizar bata, gafas de seguridad y
guantes durante la práctica.
·
Considerar todas las muestras ambientales como
no aptas para consumo.
· No pipetear con la boca.
· Evitar el contacto directo de las muestras
ambientales con piel y mucosas.
· Manipular cuidadosamente las sondas y
evitar golpes contra el fondo o las paredes del recipiente.
· Enjuagar la sonda entre muestras para
reducir contaminación cruzada.
· No devolver al recipiente original las
porciones de reactivos o disoluciones utilizadas.
· Las disoluciones diluidas de NaCl
empleadas en esta práctica deberán gestionarse según las normas institucionales
de disposición de residuos.
· Limpiar el área de trabajo y lavarse las
manos al finalizar.
11. Referencias bibliográficas
American
Public Health Association, American Water Works Association, & Water
Environment Federation. (2023). Standard methods for the examination of water
and wastewater (24th ed.). APHA Press.
ASTM
International. (2023). ASTM D1125-23: Standard test methods for electrical
conductivity and resistivity of water. https://doi.org/10.1520/D1125-23
McCleskey,
R. B., Cravotta, C. A., III, Miller, M. P., Tillman, F. D., Stackelberg, P. E.,
Knierim, K. J., & Wise, D. R. (2023). Salinity and total dissolved solids
measurements for natural waters: An overview and a new salinity method based on
specific conductance and water type. Applied Geochemistry, 154, 105684.
https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2023.105684
U.S.
Geological Survey. (2019). Chapter A6.3. Specific conductance (Techniques and
Methods 9-A6.3). U.S. Department of the Interior.
https://doi.org/10.3133/tm9A6.3
