DETERMINACIÓN
DE pH Y ESTUDIO DE LA ACIDIFICACIÓN DE MUESTRAS DE AGUA
1. Introducción
El pH es uno de
los parámetros fisicoquímicos más importantes para la evaluación de sistemas
acuáticos, debido a que condiciona numerosos procesos químicos y biológicos.
Variaciones relativamente pequeñas de pH pueden modificar la solubilidad,
movilidad y forma química de diferentes sustancias presentes en el agua, así
como afectar a los organismos que habitan en ella.
La acidificación
de los cuerpos de agua ocurre cuando aumenta el aporte de sustancias capaces de
liberar iones hidrógeno o cuando disminuye la capacidad del sistema para
neutralizarlos. Este fenómeno puede originarse por procesos naturales, como la
disolución de dióxido de carbono y la descomposición de materia orgánica, pero
también puede intensificarse por actividades humanas asociadas con emisiones
atmosféricas, drenajes, descargas industriales y otras fuentes de
contaminación.
En la atmósfera,
ciertos óxidos de azufre y de nitrógeno pueden transformarse en especies ácidas
y contribuir a la deposición ácida. Cuando estas sustancias alcanzan cuerpos de
agua, su efecto depende no solamente de la cantidad de ácido incorporada, sino
también de la composición química del agua y de su capacidad amortiguadora.
La capacidad de un
agua para resistir cambios de pH está relacionada, entre otros factores, con la
presencia de especies básicas capaces de neutralizar ácidos. Por esta razón,
dos muestras sometidas a una misma adición de ácido pueden experimentar variaciones
de pH diferentes.
En esta práctica
se determinará el pH de distintas muestras de agua y se estudiará
experimentalmente su respuesta ante adiciones controladas de una solución ácida
diluida. La experiencia permitirá construir curvas sencillas de acidificación y
comparar la susceptibilidad de diferentes muestras frente a un aporte ácido.
2. Objetivos
Objetivo general
Determinar el pH
de diferentes muestras de agua y evaluar experimentalmente su respuesta frente
a un proceso de acidificación controlada.
Objetivos específicos
· Medir el pH inicial de muestras de agua de
diferente procedencia mediante un pH-metro calibrado.
· Aplicar adiciones controladas de una
solución ácida diluida y registrar las variaciones de pH producidas.
· Construir una representación gráfica del
pH en función del volumen de ácido añadido.
· Comparar la resistencia de diferentes
muestras frente a la acidificación.
· Relacionar los cambios observados con la
capacidad amortiguadora de los sistemas acuáticos.
· Interpretar la importancia ambiental de
las variaciones de pH en cuerpos de agua.
3. Fundamento teórico
3.1. pH en sistemas acuáticos
En disoluciones
diluidas puede utilizarse, con fines introductorios, la aproximación pH ≈
-log[H⁺]. Debido a su naturaleza logarítmica, una variación de una unidad de pH
representa un cambio de aproximadamente un orden de magnitud en la actividad de
los iones hidrógeno.
El pH de las aguas
naturales depende de múltiples equilibrios químicos. Entre ellos tiene especial
importancia el sistema dióxido de carbono–ácido
carbónico–bicarbonato–carbonato, además de la presencia de minerales, materia
orgánica y otras especies disueltas.
De manera simplificada, este sistema puede
representarse mediante los siguientes equilibrios:
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃
H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻
3.2. Acidificación del agua
La acidificación
puede definirse como el proceso mediante el cual un sistema acuático
experimenta una disminución de pH como consecuencia de la incorporación o
generación de especies ácidas. En ambientes naturales, el efecto final depende
tanto de la intensidad del aporte ácido como de las características químicas
del agua receptora.
La deposición
atmosférica ácida está relacionada principalmente con transformaciones químicas
de compuestos de azufre y nitrógeno emitidos a la atmósfera. De manera
simplificada, los productos finales pueden incluir ácido sulfúrico y ácido
nítrico, los cuales pueden incorporarse al agua mediante deposición húmeda o
seca.
De forma global y
simplificada, algunas de las transformaciones asociadas con la formación de
estos ácidos pueden expresarse como:
2SO₂ + O₂ → 2SO₃
SO₃ + H₂O → H₂SO₄
4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃
Una vez
incorporado al agua, el ácido sulfúrico aporta protones mediante etapas de
disociación:
H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻
HSO₄⁻ ⇌ H⁺ + SO₄²⁻
3.3. Capacidad amortiguadora
Una disolución
presenta capacidad amortiguadora cuando puede oponerse, dentro de ciertos
límites, a cambios bruscos de pH después de la incorporación de pequeñas
cantidades de ácido o base. En las aguas naturales, la alcalinidad y
especialmente las especies bicarbonato y carbonato contribuyen de manera
importante a esta resistencia.
La neutralización
de protones por estas especies puede representarse de manera simplificada
mediante:
CO₃²⁻ + H⁺ → HCO₃⁻
HCO₃⁻ + H⁺ → H₂CO₃
H₂CO₃ ⇌ CO₂ + H₂O
Por ello, la
magnitud del cambio de pH producido por una misma cantidad de ácido puede
utilizarse como una aproximación comparativa de la susceptibilidad de distintas
muestras a la acidificación. Esta práctica no sustituye una determinación
cuantitativa de alcalinidad, que será abordada posteriormente.
3.4. Curva de acidificación
Al añadir
sucesivamente pequeñas cantidades de una solución ácida y medir el pH después
de cada adición, puede construirse una curva de acidificación. En ella se representa
el pH en el eje vertical y el volumen acumulado de ácido añadido en el eje
horizontal. Una disminución rápida del pH indica menor resistencia frente al
aporte ácido, mientras que una disminución más gradual sugiere una mayor
capacidad de neutralización en las condiciones del ensayo.
4. Materiales y equipos
·
pH-metro
· Vasos de precipitados de 100 o 250 mL
·
Probeta graduada
·
Pipeta graduada de 5 o 10 mL
·
Propipeta
·
Pipetas Pasteur o goteros
·
Varilla de vidrio o agitador magnético
·
Frascos para las muestras
·
Agua destilada
·
Guantes
·
Gafas de seguridad
Reactivos
·
Solución buffer pH 4.00
·
Solución buffer pH 7.00
·
Solución buffer pH 10.00
·
Solución de ácido sulfúrico 0.1 M
·
Agua destilada
5. Muestras sugeridas
Cada grupo
trabajará preferiblemente con tres muestras de agua de diferente procedencia.
Se recomienda mantener, cuando sea posible, las mismas fuentes seleccionadas en
la práctica anterior para facilitar la comparación progresiva de resultados.
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. Otra fuente de agua ambiental que no
represente riesgo para los estudiantes.
Importante: no se utilizarán muestras procedentes de aguas residuales
sanitarias sin tratar ni de lugares que representen riesgo biológico o químico
para los estudiantes.
6. Procedimiento experimental
Parte A. Preparación y medición del pH inicial
1. Identifique cada muestra con el mismo
código utilizado durante su recolección.
2. Coloque
50 mL de cada muestra en vasos de precipitados limpios e identificados.
3. Calibre el pH-metro siguiendo las
instrucciones del fabricante y utilizando las soluciones buffer apropiadas.
4. Enjuague el electrodo con agua destilada y
retire cuidadosamente el exceso de agua sin frotar el bulbo.
5. Mida el pH inicial de cada muestra y
registre el resultado.
6. Repita la medición y calcule el valor
promedio.
Parte B. Acidificación controlada
1. Separe 50 mL de la primera muestra en un
vaso de precipitados limpio.
2. Mida y registre el pH inicial antes de
añadir ácido.
3. Añada 0.2 mL de solución de ácido
sulfúrico 0.1 M.
4. Agite suavemente durante aproximadamente
20 segundos y espere a que la lectura del pH se estabilice.
5. Registre el pH y el volumen acumulado de
ácido añadido.
6. Repita las adiciones de 0.2 mL,
registrando el pH después de cada adición, hasta completar 1 mL de ácido o
hasta alcanzar pH 4.0, lo que ocurra primero.
7. No continúe añadiendo ácido una vez
alcanzado pH 4.0.
8. Repita el procedimiento con las demás
muestras utilizando siempre 50 mL de agua.
9. Realice, como referencia experimental, el
mismo procedimiento con 50 mL de agua destilada.
Parte C. Construcción de la curva de acidificación
1. Organice los resultados obtenidos para
cada muestra.
2. Represente gráficamente el pH en función
del volumen acumulado de ácido sulfúrico añadido (mL).
3. Incluya las curvas de todas las muestras
en una misma representación gráfica o compárelas utilizando gráficos
equivalentes.
4. Identifique cuál muestra presentó la mayor
y la menor variación de pH durante el ensayo.
7. Registro de resultados
|
Parámetro |
Muestra
A |
Muestra
B |
Muestra
C |
|
Procedencia |
|
|
|
|
pH inicial – medición 1 |
|
|
|
|
pH inicial – medición 2 |
|
|
|
|
pH inicial promedio |
|
|
|
Registro
de la acidificación:
|
Volumen
acumulado de H₂SO₄ 0.1 M (mL) |
Muestra
A |
Muestra
B |
Muestra
C |
Agua
destilada |
|
0.00 |
|
|
|
|
|
0.20 |
|
|
|
|
|
0.40 |
|
|
|
|
|
0.60 |
|
|
|
|
|
0.80 |
|
|
|
|
|
1.00 |
|
|
|
|
Variación total de pH:
Para comparar la
magnitud del cambio puede utilizarse |ΔpH|. Un valor mayor indica que, bajo las condiciones del ensayo, la muestra
experimentó una modificación más pronunciada de su pH.
8. Análisis e interpretación de resultados
1. Compare los valores iniciales de pH de las
muestras estudiadas.
2. Calcule la variación total de pH para cada
muestra.
3. Compare las curvas de acidificación
obtenidas.
4. Identifique la muestra que presentó mayor
resistencia a la disminución del pH.
5. Explique por qué dos muestras pueden
responder de manera diferente ante la adición de la misma cantidad de ácido.
6. Compare el comportamiento de las muestras
ambientales con el agua destilada.
7. Relacione los resultados con el concepto
de capacidad amortiguadora y con la posible composición química de las aguas.
8. Explique qué limitaciones tiene este
ensayo para predecir exactamente el comportamiento de un cuerpo de agua natural
sometido a deposición ácida.
Nota: esta experiencia constituye un modelo de acidificación controlada con
fines educativos. La adición directa de ácido sulfúrico diluido no reproduce
por sí sola todos los procesos atmosféricos, geoquímicos y biológicos que
intervienen en la acidificación ambiental.
9. Cuestionario poslaboratorio
1. ¿Por qué el pH se expresa mediante una
escala logarítmica?
2. ¿Qué significa que una muestra presente
mayor capacidad para resistir cambios de pH?
3. ¿Por qué el agua destilada puede responder
de manera diferente a un agua natural ante la adición de ácido?
4. ¿Qué especies químicas contribuyen de
manera importante a la capacidad amortiguadora de muchas aguas naturales?
5. ¿Qué relación existe entre las emisiones
de óxidos de azufre y nitrógeno y la acidificación ambiental?
6. ¿Qué consecuencias ecológicas podría
producir una disminución sostenida del pH de un cuerpo de agua?
7. ¿Por qué esta práctica no debe
interpretarse como una simulación completa de la lluvia ácida?
8. ¿Qué determinación posterior del manual
permitiría estudiar cuantitativamente la capacidad de neutralización de las
muestras?
10. Seguridad y manejo de residuos
· Utilizar bata, gafas de seguridad y
guantes durante toda la práctica.
· Manipular la solución de ácido sulfúrico
únicamente con pipeta y propipeta; nunca pipetear con la boca.
· Evitar el contacto de la solución ácida
con la piel, los ojos y la ropa.
· Ante una salpicadura, enjuagar
inmediatamente la zona afectada con abundante agua y comunicar el incidente al
docente.
· No añadir ácido concentrado directamente a
las muestras.
· No continuar la acidificación experimental
por debajo de pH 4.0.
· Manipular cuidadosamente el electrodo del
pH-metro y enjuagarlo entre mediciones.
· Las mezclas acidificadas deberán
recolectarse en un recipiente identificado para residuos acuosos ácidos. Su
neutralización o disposición final se realizará conforme al procedimiento
establecido por el laboratorio.
· No devolver a los recipientes originales
las porciones de soluciones buffer o reactivos que hayan sido utilizadas.
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.
National
Atmospheric Deposition Program. (n.d.). Acid rain and its effects. Wisconsin
State Laboratory of Hygiene, University of Wisconsin–Madison.
U.S.
Environmental Protection Agency. (2025). Effects of acid rain. U.S.
Environmental Protection Agency.
U.S.
Geological Survey. (2021). Chapter A6.4: Measurement of pH. In National field
manual for the collection of water-quality data. U.S. Department of the
Interior.
World
Health Organization. (2022). Guidelines for drinking-water quality: Fourth
edition incorporating the first and second addenda. World Health Organization.
