Este laboratorio guía a los estudiantes a través del análisis químico del agua de río utilizando técnicas colorimétricas y volumétricas sencillas. Miden el pH, determinan la dureza del agua con titulación EDTA y cuantifican las concentraciones de nitratos y fosfatos utilizando pruebas basadas en reactivos. La actividad enfatiza la importancia ambiental del monitoreo de la calidad del agua. Los estudiantes desarrollan habilidades en el manejo de muestras, precisión e interpretación de datos. Al final, relacionarán los hallazgos experimentales con la salud ambiental.
Objetivos Educativos
El objetivo educativo principal de este laboratorio es fomentar la comprensión de cómo la química contribuye a la ciencia ambiental. Los estudiantes apreciarán que la evaluación de la calidad del agua es fundamental para la salud de los ecosistemas, el consumo humano y el monitoreo de la contaminación. A nivel conceptual, los estudiantes:
- Reconocer el significado de pH, dureza, nitratos y fosfatos en aguas naturales.
- Aprenda los principios detrás de la titulación (complejación EDTA-ión metálico) y los ensayos colorimétricos (tintes indicadores, reacciones basadas en reactivos).
- Vincular los resultados numéricos (ppm, mg/L, pH) con implicaciones ambientales como la eutrofización, la acidificación y la potabilidad del agua.
A nivel técnico, los estudiantes:
- Manipular de forma segura material de vidrio de laboratorio, reactivos e instrumentos electrónicos (pHmetro).
- Adquiera fluidez en la medición de pequeños volúmenes de líquido con goteros, pipetas y probetas graduadas.
- Registrar, interpretar y comparar los resultados con escalas de referencia estándar.
En general, este laboratorio combina conceptos de química ambiental con competencias esenciales de laboratorio, ayudando a los estudiantes a conectar el análisis químico con las preocupaciones de sostenibilidad del mundo real.
Protocolo
Preparación
Para recolectar agua de río, tienes dos opciones:
- Elección 1: Usando un vaso de precipitados vacío de 100 ml, recolecte una muestra del agua del río a sus pies
- Opción 2: Usar directamente el agua ya recolectada esta mañana en el vaso de precipitados “agua de río”
PARTE A: Medición de pH
- Con la probeta graduada, mide 20 ml de agua de río.
- Transfiera los 20 mL de agua de río al tubo de ensayo 1.
- Con el cuentagotas, añade 2 gotas de indicador universal de pH (pH i) al tubo de ensayo 1.
- Vacíe el exceso del gotero en la bandeja de recuperación.
- Sumerja el electrodo del medidor de pH en el tubo de ensayo 1.
- Utilizando una varilla de vidrio, mezcle el contenido del tubo de ensayo 1.
- Compare el color obtenido con la tabla de pH.
- Enjuaga el electrodo del pHmetro con agua destilada.
- Seque el electrodo del medidor de pH con una toalla de papel.
PARTE B: Medición de la dureza del agua
- Con la probeta graduada, mide 20 ml de agua de río.
- Transfiera los 20 mL de agua de río al tubo de ensayo 2.
- Usando el gotero, agregue 10 gotas de la solución amortiguadora en el tubo de ensayo 2.
- Vacíe el exceso del gotero en la bandeja de recuperación.
- Verifique el pH de la solución con el pHmetro. Asegúrese de que sea mayor que 10.
- Con la pipeta, añade 10 ml de Eriochrome Black (EB) 0,5% al tubo de ensayo n.º 2.
- Mezclar con la varilla de vidrio y anotar el color de la solución.
- Con la pipeta, añada 1 mL de EDTA al tubo de ensayo número 2.
- Agite la solución con la varilla de vidrio.
Nota: Asegúrese de colocar la muestra frente a un fondo de cartulina negra para distinguir claramente los cambios de color.
- Repita los pasos 8 y 9 hasta que la solución cambie de color nuevamente. Anote el número de mL añadidos.
- El volumen de EDTA añadido se encuentra en la tabla de resultados.
- Según la cantidad añadida, determine la dureza del agua de río.
- Baja dureza: 5 mL o menos de EDTA añadido
- Dureza media: entre 5 y 10 mL de EDTA añadidos
- Alta dureza: Entre 10 y 15 ml de EDTA añadidos
- Dureza muy alta: Se agregaron más de 15 mL de EDTA.
Nota: la escala colorimétrica es aproximada, se requieren pruebas cuantitativas adicionales para determinar el resultado exacto.
- Asegúrese de que la pipeta esté completamente vacía (0 mL).
PARTE C: Medición de la concentración de nitrato
- Con la probeta graduada, mide 20 ml de agua de río.
- Transfiera los 20 mL de agua de río al tubo de ensayo 3.
- Con el cuentagotas, añada 10 gotas de solución reductora de nitrato (NO3 (R)).
- Vacíe el exceso del gotero en la bandeja de recuperación.
- Mezclar con la varilla de vidrio.
- Usando el cuentagotas, agrega 10 gotas del reactivo de Griess.
- Vacíe el exceso del gotero en la bandeja de recuperación.
- Mezclar con la varilla de vidrio.
- Consulte la escala colorimétrica (ppm NO3) para determinar la concentración de nitrato del agua del río.
Nota: Asegúrese de colocar la muestra frente a un fondo de cartulina negra para distinguir claramente los cambios de color.
Nota: la escala colorimétrica es aproximada, se requieren pruebas cuantitativas adicionales para determinar el resultado exacto.
PARTE D: Medición de la concentración de fosfato
- Con la probeta graduada, mide 20 ml de agua de río.
- Transfiere los 20 mL de agua de río al tubo de ensayo 4.
- Usando el gotero, agregue 10 gotas de solución de molibdato de amonio (MoO42-).
- Vacíe el exceso del gotero en la bandeja de recuperación.
- Mezclar con la varilla de vidrio.
- Con el gotero, añade 10 gotas de la solución de ácido ascórbico (Vit C).
- Vacíe el exceso del gotero en la bandeja de recuperación.
- Mezclar con la varilla de vidrio.
- Consulta la escala colorimétrica (ppm PO4) para determinar la concentración de fosfato del agua del río.
Nota: Asegúrese de colocar la muestra frente a un fondo de cartulina negra para distinguir claramente los cambios de color.
Nota: la escala colorimétrica es aproximada, se requieren pruebas cuantitativas adicionales para determinar el resultado exacto.
- Vacía los tubos de ensayo en la bandeja de recuperación.
Resultados esperados
Al concluir el experimento, los estudiantes deberían ser capaces de:
- Define el papel de cada parámetro medido: pH, dureza, nitratos, fosfatos.
- Interpretar cómo las mediciones individuales reflejan el estado químico de un ecosistema fluvial.
- Reconozca que cada prueba se basa en reacciones químicas específicas.
Gráficos
Indicador de pH
Nitrátos
Fosfatos
Resultados Técnicos
- Prepare muestras de manera consistente y realice mediciones prestando atención a la reproducibilidad.
- Aplicar ambos métodos instrumentales (pH-metro) y métodos clásicos (indicadores de color, titulación con EDTA).
- Documente con precisión los resultados en un libro de registro y compárelos con gráficos de referencia.
Resultados analíticos
- Traducir resultados experimentales brutos a evaluaciones significativas de calidad del agua:
- pH: 5.9 (ligeramente ácido).
- Dureza: 60 mg/L Mg²⁺, basada en 6 mL de EDTA (dureza promedio).
- Nitratos: 60 ppm, por encima de los límites recomendados para el agua potable.
- Fosfatos: 40 ppm, alto riesgo de eutrofización.
- Evaluar críticamente si los resultados indican una calidad del agua segura, límite o problemática.
- Discutir fuentes potenciales de error.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grado 9-10 (Nivel Introductorio)
- Enfoque: Observaciones e interpretaciones sencillas.
- Tareas: Añadir reactivos, observar cambios de color, usar la escala de pH y registrar resultados básicos.
- Resultado de Aprendizaje: Los estudiantes identifican si el agua es ácida, dura o rica en nutrientes, sin cálculos detallados.
Grado 11 (Nivel intermedio)
- Enfoque: Razonamiento cuantitativo e introducción a la estequiometría.
- Tareas: Realizar titulación con EDTA, medir volúmenes de reactivo y comparar datos con la clasificación de dureza.
- Resultado de aprendizaje: Los estudiantes conectan los volúmenes de reactivo (mL de EDTA) con los valores de dureza del agua e interpretan las concentraciones en ppm.
Grado 12 (Nivel Avanzado – Preuniversitario)
- Enfoque: Análisis de impacto ambiental y consideración de errores.
- Tareas: Calcular la dureza en mg/L equivalentes de CaCO₃, comparar los valores de nitrato/fosfato con los estándares, proponer fuentes de contaminación.
- Resultado de aprendizaje: Los estudiantes interpretan datos de química en términos ambientales y evalúan la calidad del agua con respecto a los estándares.
Nivel de enriquecimiento
- Enfoque: Evaluación holística de la calidad del agua y contexto más amplio.
- Tareas: Evaluar críticamente la sensibilidad del método, discutir mejoras (por ejemplo, espectrofotometría), proponer estrategias de gestión.
- Resultado de Aprendizaje: Los estudiantes conectan las mediciones a escala de laboratorio con enfoques profesionales y marcos de monitoreo ambiental.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- vaso de precipitados de 100 ml
- Probeta de 25 mL
- Gotero
- pipeta de 10 mL
- Varilla de vidrio
- Medidor de pH
- Tubos de ensayo de 50mL x4
Productos
- Agua de río
- Búfer
- Indicador de pH universal
- Eriocromo negro
- EDTA
- Agente reductor de nitrato
- Reactivo de Griess
- Solución de molibdato de amonio
- Solución de ácido ascórbico