Determinación de pH en muestras de agua y suelo Bustos B, S. Castro L, F.1 Becerra A, K.2 Introducción El pH es una propiedad determinante de las características físicas, químicas y biológicas, y la calidad de los recursos sobre los que se analiza. Mediante el uso de repollo morado, compuesto por una antocianina, un pigmento vegetal con propiedades protectoras que presenta virajes ante cambios de acidez (Garzón, Gloria A. 2008.), se determinó por comparación, el comportamiento básico o ácido de diferentes sustancias, buscando una aproximación a la contaminación natural que presentarían los recursos suelo y agua, sin ahondar en sus características, y cómo estas verían alterado su pH natural, aportando a su vez, como resultado de un cambio en su solubilidad, nutrientes minerales con potencial toxicidad bajo ciertas condiciones de concentración y naturaleza. Marco teórico El pH es una propiedad química. Se refiere al potencial de hidrógeno dado en una sustancia, inicialmente relacionado con la concentración del ión hidrogeno (H+), que es corregida calculando su logaritmo negativo, esto, con el fin de obtener un valor positivo y estandarizado, que continúe representando la actividad de este ión aun cuando su concentración sea despreciable respecto a su medio (Chang, R.; Goldsby, K. (2013)). 𝑝𝐻 = −log[𝐻 + ] Tal estandarización permite obtener una escala dentro de la que se clasifica a las sustancias, como, ácidas (0 a 6.9), neutras (7) o básicas (7.9 a 14), de acuerdo a la concentración de iones hidrógeno que presenten, mayor en los valores ácidos de la escala. Análogamente, es posible obtener valores de pOH, que se refieren a la concentración de iones hidroxilo (OH-), que, por el contrario, aumenta en tanto el valor en la escala es mayor. El pH permite determinar la capacidad de neutralización que presenta una sustancia en contacto con otra, por sus características ácido-base opuestas. Así mismo, tiene implicaciones 1 2 Estudiantes de Ingeniería Ambiental de la Universidad de Cundinamarca Seccional Girardot. Docente de Química Ambiental de la Universidad de Cundinamarca sobre la solubilidad de estas, su equilibrio se desplaza hacia uno u otro lado de la reacción ante una variación en la concentración de hidrógeno. Tal solubilidad posibilita la disponibilidad de sustancias en los recursos agua y suelo, que por tanto, se ve alterada por cambios en su pH. La variación del pH en los recursos agua y suelo se debe, principalmente, a la lluvia ácida, mejor definida como deposición, puesto que los compuestos que la forman- ácido sulfúrico (HSO4) y ácido nítrico (HNO3)- pueden llegar a las demás esferas ambientales en forma sólida (nieve, granizo) o gaseosa (niebla), además de líquida (Consejería de Agricultura, Desarrollo Rural, Emergencia Climática y Transición Ecológica. Generalitat Valenciana. s.f.). Estas deposiciones producen la acidificación del medio ambiente, que tiene efectos sobre, las características de los recursos, la presencia de contaminantes en ellos y los organismos que allí se encuentran, en uno u otro nivel dependiendo de su tolerancia. Organismos mediante los cuales, aquellas con propiedades acumulativas, ingresan a la cadena trófica hasta el contacto con el ser humano, donde se hacen peligrosas (IDEAM. Problema de la lluvia ácida. s.f.). Procedimientos Se tomó un total de 8 muestras de agua, agua de grifo, de venta comercial, agua con contenido de shampoo, mezclada con vinagre, con bicarbonato de sodio (NaHCO3), agua residual después del uso de detergentes, agua mezclada con jugos de degradación de frutas, y agua captada de un cuerpo sin contaminación aparente; y 3 muestras de suelo, con fertilizante, con vinagre, y suelo de la ronda de un cuerpo de agua natural sin contaminación aparente. Las muestras de cuerpos captadores de vertimientos indicadas en la guía no se pudieron obtener por la dificultad a su acceso. Las muestras de suelo fueron tratadas previamente mezclando una (1) cucharada en medio (1/2) vaso de agua, agitadas buscando hacerlas homogéneas y filtradas. (a) (b) Imagen 1. (a) Muestras de agua y (b) muestras de suelo, con tratamiento previo, en el orden mencionado de izquierda a derecha. Se preparó una muestra guía (blanco) de mL agua destilada a la cual se agregó un volumen de mL del indicador de pH natural, jugo concentrado de repollo morado, suficiente para teñir el agua de violeta. Posteriormente, se dispusieron volúmenes iguales al del blanco de las diferentes muestras en recipientes no especializados, a las cuales se agregó el mismo volumen de indicador y se observó su viraje. (a) (b) Imagen 2. Viraje de las muestras de agua (a) y suelo (b) analizadas con el indicador usado. Adicionalmente, se capturó una muestra de dióxido de carbono gaseoso (CO2) en agua, mediante reacción de bicarbonato de sodio con ácido acético (CH3COOH), que entró en contacto desde una botella con tapón que lo contenía con el uso de una manguera hasta un vaso de agua, ubicando el vaso a mayor altura. Luego, se agregó el indicador y se observo su viraje. 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 (𝑠) + 𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻(𝑙) → 𝑁𝑎𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂(𝑎𝑐) + 𝐶𝑂2 (𝑔) + 𝐻2 𝑂 3 4 Imágenes 3. Reacción del bicarbonato de sodio con vinagre, y CO2 depositado en agua. Imagen 4. Viraje del dióxido de carbono en agua después de adicionar el indicador. Resultados Muestra Coloración inicial Color viraje pH Agua Agua destilada (blanco) 7 Shampoo 8 Vinagre (CH3COOH) 4 Bicarbonato de sodio (NaHCO3) 12 Detergente 13 - 14 Cuerpo de agua natural 8 Grifo 8 Venta comercial, embotellada 8 Degradación frutas 5 Dióxido de carbono (CO2) 8 Suelo Fertilizante Ronda cuerpo de agua natural Vinagre (CH3COOH) 5 7-8 5 Tabla. Color inicial y el obtenido al contacto con el indicador de pH en las muestras de agua, suelo y CO2 en agua. Análisis Las muestras con contenido de vinagre en agua y suelo, fertilizante y los líquidos resultantes de la degradación de frutas, presentaron un pH ácido con valores entre 4, para el vinagre en la muestra de agua, y 5. En ambos recursos, agua y suelo analizados, estos valores se relacionan con una mayor solubilidad de minerales metálicos como el cobre, zinc, cobalto, manganeso, boro y hierro, representando este último un peligro por su toxicidad, creciente a mayores concentraciones. En el agua, como se determinó al adicionar vinagre y compararlo con la presencia de vinagre en suelo, la acidez se ve incrementada, esto como resultado del aporte de los iones hidrógenos del agua a la muestra. Por su parte, las muestras de bicarbonato de sodio (12), shampoo (8), y detergente (13-14), presentaron valores altos de pH, con un carácter alcalino, que se relacionan con la solubilidad de elementos como el potasio o el azufre. Las muestras de agua sin adiciones evidentes de compuestos, así como la muestra de suelo de un cuerpo de agua natural, presentaron valores entre 7 y 8, muy próximos a la neutralidad, siendo comparados con el pH y la coloración del blanco. Se explican estos valores, puesto que se trata de aguas de uso humano que no implican un riesgo para la salud, y evidencian la ausencia de contaminantes que lo alteren, ya sea por el tratamiento recibido, en el caso de las aguas de grifo y embotellada, o la no descarga de residuos en el cuerpo de agua natural. El pH en la muestra con dióxido de carbono que presentó una coloración violeta, con valor de 7 (neutro), indica que no se trata de un compuesto con potencial aporte de acidez a bajas concentraciones, considerando que al contacto con los iones hidrógeno del agua, puede darse la formación de carbonatos ácidos. Conclusiones El agua del riachuelo no se encuentra muy contaminada por distintos tipos de sustancia ya que su pH está en 8 lo cual nos dice que es ligeramente alcalino y está en óptimas condiciones para ser ingerida sin presentar consecuencias, la tierra con fertilizantes el Cu, Zn y el Co puede llegar a ser toxica y el Ca y Mg puede son deficientes en esta tierra, la tierra de la ronda del cuerpo de agua natural puede llegar a tener formas insolubles de P al igual que el Ca, Cu, Zn, Co y Mg no estén disponibles o sean deficientes, el Fe es toxico para la tierra con vinagre y tener fijación por Fe, Al y Mn. El bicarbonato de sodio junto con el vinagre generó una reacción entre un ácido débil y una base débil permitiendo que el pH tuviera una neutralización por parte de ambos productos, el shampoo usado tiene un pH alcalino lo que indica que no es indicado usarlo para la piel. Todas las muestras de agua funcionaron correctamente ya que no presento problemas para cambiar de color y la mayor parte rondaba los pH de 7 a 8. Recomendaciones Depositar las muestras en recipientes trasparentes o blancos para evidenciar mejor el cambio de calor. En las muestras de suelo es recomendable repetir el proceso de filtración mínimo unas tres veces para eliminar todos los solidos y poder apreciar mejor el cambio de color. para el procedimiento de pH en CO2 usar un pitillo o manguerita en lo preferibles gruesa y cerrar muy bien cada orificio del recipiente usado para asesorarnos que el CO2 pase únicamente por la manguera o pitillo, al igual que la cantidad de vinagre sea mínima para evitar que salga el liquido por la manguera al momento de aplicar el bicarbonato de sodio. Es importantes el uso de protección para el momento de sacar diferentes tipos de muestras ya que no conocemos que sustancias se puedan encontrar siendo vital el uso de guantes, botas y prendas antifluido o en lo posible una bata. Referencias Bueno-Zabala, K.A.; Torres-Lozada, P.; Delgado-Cabrera, L.G. 2014. Monitoreo y medición del ajuste del pH del agua tratada del río Cauca mediante índices de estabilización. Chang, Raymond; Goldsby, Kenneth A. 2013. Química. Undécima edición. McGraw Hill. Consejería de Agricultura, Desarrollo Rural, Emergencia Climática y Transición Ecológica. Generalitat Valenciana. s.f. [Artículo]. La acidificación del medio ambiente. Recuperado de: https://agroambient.gva.es/es/web/calidad-ambiental/la-acidificacion-del-medio-ambiente Garzón, Gloria A. 2008. Las antocianinas como colorantes naturales y compuestos bioactivos Revisión. Gómez, Manuel I.; Castro, Hugo E.; Malagón, Dimas. 2005. Interpretación de procesos redox en suelos sulfatados ácidos del distrito de riego del Alto Chicamocha, Boyacá. Heredia A., Santiago. 2005. Experiencias sorprendentes de química con indicadores de pH caseros. IDEAM. s.f. [Artículo]. Problema de la lluvia ácida. Recuperado de: http://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/el-problema-de-la-lluvia-acida Pure water. s.f. [Entrada blog]. ¿Qué es el pH del agua? Recuperado de: https://purewater.com.co/que-es-el-ph-del-agua/ Química.es. s.f. [Definición enciclopedia]. Antocianinas. Recuperado de: https://www.quimica.es/enciclopedia/Antocianina.html#_note-palomar/ Prat, Nárcis. s.f. [Complemento de texto Andanzas y desventuras de un ecólogo en los juzgados del reyno. Editorial Milenio.]
