Práctica de Laboratorio: DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS DISUELTOS TOTALES, CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA Y SALINIDAD DEL AGUA

 

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