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Universidade de São Paulo -
CDCC - São Carlos /Instituto de Estudos Avançados
Universidad de Córdoba - Facultad de Matemática, Astronomia e Física

Guia Kit para Análisis del Agua
1. Introducción 2. Evaluación de la calidad del agua
1.1 Calidad del agua 2.1 Caracterización del medio ambiente
1.2 Contaminación del agua 2.2 Selección de puntos para colectar muestras
1.3 La calidad de un curso de agua 2.3 Estudio preliminar del área de estudio
1.4 Recuperación de ecosistemas acuáticos 2.4 Evaluación con equipamientos para medir
Anexo

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Calidad del agua

Cuando hablamos de la calidad del agua, la primera idea que nos viene a la cabeza es que al igual que algunos minerales tales como, el oro, la plata y el cobre, el agua también debe ser totalmente libre de impurezas. La palabra “calidad” cuando la aplicamos al agua, no se refiere normalmente a un estado de pureza química, si no a las características con que es encontrada en la naturaleza.

El agua pura solamente es encontrada en los laboratorios. Ella no contiene oxígeno disuelto, por lo tanto, no es adecuada para los peces y otros animales acuáticos; no posee substancias minerales en solución, lo que, además de impedir la vida de las plantas acuáticas, es impropia para beber; no contiene compuestos orgánicos, los cuales sirven de alimento para animales y microorganismos.

Es importante distinguir patrón de calidad de patrón de potabilidad. El primero se refiere a todos los usos posibles del agua, mientras que el segundo se refiere solamente a su utilización para fines de ingestión humana. Entre los posibles usos dentro de los modelos sanitarios pueden ser citados, además del abastecimiento doméstico de agua potable, los usos con animales de pasto, recreación, cría de peces, irrigación agrícola y procesos industriales.

1.2 Contaminación del agua

Cuando nos encontramos ante un problema de contaminación, es fundamental definir los aspectos que estaremos considerando. Existe entre las personas que trabajan con la sanidad el concepto de contaminación íntimamente ligado a la transmisión de enfermedades, como por ejemplo el índice de coliformes y la existencia de compuestos, o elementos químicos tóxicos, o potencialmente tóxicos. Los elementos que perjudican la calidad estética (se refiere a los caracteres organolépticos: sabor, color, olor, aspecto) del agua potable son considerados en un segundo plano.

Para un piscicultor, el sabor, el olor y los coliformes no constituyen factores negativos en lo que se refiere a la calidad del agua. De esa forma, ellos no son tomados en cuenta al considerar el índice de contaminación. Una coloración verde intensa, que puede ser repugnante para quien bebe el agua, está casi siempre relacionado a un sabor fuerte que es producto de la existencia de plancton, que es deseable como alimento básico para los peces. Los agentes de salubridad tienen terror de las sales de nitrógeno y fósforo, porque ayudan al desarrollo de las algas, mientras que los piscicultores acostumbran a añadir nitratos, fosfatos y excrementos de aves y bovinos al agua. El agua contaminada es, para ellos, la que posee poco oxígeno o substancias tóxicas para los peces. La materia orgánica solamente es considerada nociva cuando ella disminuye el nivel de oxigeno disuelto.

La palabra polución proviene del verbo latín polluere, que significa “ensuciar” y tiene un significado más relacionado a la apariencia, la estética, que a los daños que ella produce. De esa forma, no sería considerada agua contaminada aquella, que poseyendo substancias tóxicas y agentes patógenos, presentase una apariencia limpia y transparente. También, no consideraríamos como polución térmica al aumento en pocos grados de la temperatura en las aguas de un río, lo que en la realidad causa la pérdida de oxígeno disuelto y como consecuencia la alta mortalidad en los peces, fenómeno que es frecuente cuando son arrojadas bebidas gaseosas provenientes de máquinas térmicas.

Para el ecólogo, la contaminación es cualquier alteración en la naturaleza física, química y biológica que pueda producir la ruptura del ciclo biológico normal. Esta es la definición que se utilizada en los análisis ambientales y en los estudios de educación ambiental.

1.3 La calidad de un curso de agua

Un curso de agua representa un elemento de la Naturaleza. Como puede ser utilizado por el hombre para diversos fines, es considerada un recurso natural, no obstante, posee características propias que deben ser contempladas:

Todo curso de agua nace por medio del afloramiento del agua almacenada en depósitos subterráneos de regiones más altas. Las aguas de varios afloramientos se reunen en un pequeño lecho, que después se reunen en otros, corriendo sobre el sustrato en dirección a los terrenos más bajos. Las márgenes de los cursos de agua, generalmente, presentan una vegetación que encuentra allí acumulación de suelos y minerales de acarreo (nutrientes) que, junto con la abundancia de agua, facilitan el desenvolvimiento y dispersión de ellas su desarrollo y dispersión.

Esta vegetación es de gran importancia ecológica para los cursos de agua en lo que se refiere a la protección de los lechos contra la erosión, el mantenimiento del microclima estable, la producción de alimentos y el amparo a los organismos acuáticos y terrestres. Existe, de esa forma, una interrelación constante entre el ambiente físico (aguas, suelos, rocas, temperatura, luminosidad, etc) y biológico (organismos vegetales, animales, hongos y otros). Se forma entonces un ciclo que se inicia con el afloramiento del agua que, por su parte, al recorrer el sustrato, “lava” las sales minerales que son absorbidas por las raíces, que a su vez ayudan a fijar los suelos de las márgenes lo que dificulta la acción de la erosión.

En esa condición natural el agua es normalmente limpia y no tiene muchos sedimentos, que son resultado de la erosión durante las lluvias. El agua presenta un color ligeramente amarillo por recibir hojas, gajos y otros residuos forestales en abundancia. Además de las propias algas que se desarrollan en el lugar, hay frutos, hojas y una gran cantidad de animales minúsculos (gusanos, crustáceos y larvas de insectos), que sirven de alimento para los peces.

Como se puede notar por esos indicios, la caracterización de la calidad del agua de un río puede, en su mayor parte, ser hecha por simple observación y el empleo de los sentidos del olfato y tacto (sensación térmica). Es claro que, para el reconocimiento de la ausencia de patógenos o de substancias tóxicas, es necesario algunos análisis de laboratorio. Pero eso se puede deducir indirectamente por medio de un reconocimiento en la región para confirmar si existen aguas fecales desaguando, fábricas o actividades agrícolas que empleen muchos pesticidas, o actividades ganaderas que contaminen las aguas por medio de la orina y los excrementos de los animales.

1.4 Recuperación de los ecosistemas acuáticos

Este trabajo se esta realizado, principalmente, en regiones seriamente comprometidas, en donde estos ecosistemas se utilizan como áreas de recreación, así como fuentes de agua para el abastecimiento. Esto puede ser causado por fenómenos de eutrofización artificial, contaminación y uso incorrecto de sus márgenes o de la cuenca de drenaje.

Los estudios sobre el metabolismo de los ecosistemas acuáticos constituyen una de las herramientas más importantes para su recuperación. De esa forma, la reconstitución de los ambientes, así como la de la fauna y flora original, es una de las tareas más importantes de la limnología moderna, la cual está aglutinando a especialistas de diferentes áreas de estudio. Por medio de los proyectos multidiciplinares es posible la recuperación de los ambientes acuáticos degradados. Hoy en día, este trabajo es, también, uno de los objetivos de los estudios en educación ambiental. Pero para su desarrollo es necesaria la utilización de métodos físicos, químicos y biológicos.

2. EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA

2.1 Características ambientales

Una vez definido el objeto de estudio (río, lago o represa), se debe obtener el mayor número de informaciones posibles sobre el local, para de esa forma delimitar y caracterizar el área de estudio. Por medio de la utilización de mapas y fotografías se pueden conseguir informaciones básicas tales como:

2.2 Selección de puntos para la recolección de las muestras

No existen normas absolutas para la elección de puntos para recoger las muestras ya que esa selección está íntimamente relacionada a las condiciones locales, que varían de acuerdo al lugar. Entre tanto, debemos seleccionar esos puntos para las muestras teniendo en cuenta algunos criterios prácticos orientados por el sentido común. Ante todo, debemos y necesitamos obtener informaciones sobre el área de influencia del objeto hidrográfico a ser estudiado o de la cuenca hidrográfica como un todo. Entre las informaciones necesarias están:

Los puntos estratégicos para muestreo que tienen importancia en los proyectos de estudios ambientales guiados, en cuencas hidrográficas, son los siguientes: Es muy importante evitar el muestreo próximo a las márgenes de los sistemas hídricos, pues la calidad en esos puntos no es representativa de todo el volumen de agua. Además de eso, existe una posibilidad grande de contaminación en esos puntos.
2.3 Estudio preliminar del área escogida

En esta fase se realiza un estudio de campo, donde se observarán y anotarán todas las características ambientales de la región en donde el cuerpo de agua está situado. Dicha observación comprende:

2.3.1 Aspectos ambientales

2.3.2 Aspectos del agua

Turbidez: el agua puede ser turbia cuando recibe una determinada cantidad de partículas que permanecen algún tiempo en suspensión. Esto puede ocurrir como consecuencia de la lluvia que arrastra partículas de tierra hacia el río o como resultado de actividades del hombre tales como, minería (extracción de arena) y desagüe de residuos industriales. La turbidez de un río o depósito de agua puede ser confirmada recogiendo muestras de agua en un vidrio transparente que, después de permanecer en reposo por algunos minutos, podrá presentar una determinada cantidad de material depositado en el fondo.

Color: un río puede tener una coloración amarillenta cuando atraviesa regiones de bosques, como ocurre con el río Negro en el Amazonas, o en virtud de residuos de curtiembres y fábricas de tejido.

Olor: Las aguas de los ríos normalmente no tienen olor. Cuando eso ocurre puede ser debido a la presencia de ácido sulfhídrico producto de la descomposición (olor de a huevo podrido), o por la presencia de gran cantidad de algas (olor a insecticida o a pasto).

Fauna y flora acuáticas: presencia de peces, plantas acuáticas, larvas de insectos (apuntar características tales como tamaño, abundancia, etc.).

Algas: aspecto verdoso del agua.

Hidrología: corrientes, profundidad aparente.

Materiales flotantes: espuma, hojas y deyecciones.

2.4 Evaluación con equipamientos para hacer mediciones

Cuadro 1: Componentes del conjunto de instrumentos para medir
Algunos parámetros importantes en la evaluación de la calidad del agua solamente se pueden obtener por medio de equipamientos para realizar mediciones o experiencias en el laboratorio. Un pequeño conjunto de instrumentos para medir la calidad del agua permite la obtención de algunas medidas básicas por medio de experimentos simples. (Figura 1 - Cuadro 1).
Material Características
Prueba para el oxígeno disuelto Importado La Motte- Adaptación del método de Winkler
Aparato para medir conductividad digital Importado- CORNING
Aparato para medir pH digital Importado-CORNING
Termómetro Nacional- mercurio
Prueba bacteriológica Importado- COHESP
Prueba amonio Importado-COHESP
Colector de muestras Nacional- ( Fabricación Manual)
Frasco para colectar muestras Nacional- Vidrio con tapa esmerilada
Piseta (recipiente para poner agua destilada para limpiar los materiais) Nacional
Caja Nacional

2.4.1 Oxígeno Disuelto

El oxígeno es una substancia indispensable para supervivencia de los animales y de otros muchos seres vivientes tanto acuáticos como terrestres. Pero existe el problema de la baja solubilidad de ese gas en el agua, en comparación con el aire. Un litro de agua, a 20 grados centígrados, expuesto al aire a presión normal y al nivel del mar, contendrá en solución 9,8 partes de oxígeno en un millón de partes del agua (el aire tiene cerca de 22 partes de oxígeno para 100 partes de aire). Esa cantidad aumenta cuando la temperatura es más baja o cuando la presión es más alta.

Los desperdicios orgánicos arrojados en los cuerpos de agua son descompuestos por microorganismos que usan el oxígeno en la respiración. De esa forma, cuanto mayor sea la carga de materia orgánica, mayor será el número de microorganismos que descomponen y, consecuentemente, mayor el consumo de oxigeno. Así pues, la muerte de los peces en los ríos contaminados, en muchos casos, se debe a la ausencia de oxígeno y no a la presencia de substancias tóxicas.

El conjunto de materiales para el análisis de oxígeno disuelto es una adaptación simplificada del método de Winkler modificado por la Azida de Sodio. Para la determinación del oxígeno disuelto, se usa el siguiente material:

** Manipule el material con cuidado! Algunos reactivos pueden causar quemaduras e irritación.

Método:

a) llene el frasco (0688) con la muestra de agua, evitando la formación de burbujas. Para ello es necesario sumergir el frasco y taparlo dentro del agua. La formación de burbujas no permite realizar el experimento;

b) añada 8 gotas de la solución de Sulfato de Manganeso (4167) y después 8 gotas de la solución de Azida de Sodio (7166). Tape el frasco y agítelo ligeramente. La muestra permanecerá firme. Espere algunos minutos hasta que el precipitado decante;

c) abra el frasco y adicione una cuchara medida (0697) de Ácido Sulfámico (2686). Tape y agítelo ligeramente. El precipitado que se había formado se disuelve;

d) complete el frasco para titulación (0299) con la muestra hasta completar 20mL. Tape;

e) llene el frasco para titulación (0377) con la solución de Tiosulfato Sódico (4169). Coloque el titulador en cero y encajelo en el frasco de titulación y coloque la solución de Tiosulfato Sódico gota a gota, hasta que presente un color amarillo claro;

f) destape el frasco titulador y agregue 8 gotas de la solución para indicación de Amida (4170). Tape el frasco y continue con la titulación;

g) haga la titulación hasta que la muestra esté incolora. Cuando eso ocurra, anote el volumen de la solución de Tiosulfato usada en la titulación. Este valor corresponderá a la cantidad de oxígeno disuelto (en p.p.m o mg/l).

2.4.2 Nitrógeno amoniacal

El nitrógeno es uno de los elementos más importantes para la vida, pero es muy escaso en el agua. Sus fuentes principales son el aire (asimilado por algunas algas), adobos y materia orgánica en descomposición (hojas y aguas fecales). El nitrógeno que proviene de la descomposición de vegetales, animales y excrementos pasa por una serie de transformaciones. En el caso de los vegetales y animales, el nitrógeno se encuentra en forma orgánica. Al llegar al agua, es rápidamente transformado en nitrógeno amoniacal, pasando después para a nitritos y finalmente a nitratos. Esas dos últimas transformaciones solamente ocurren en las aguas que contengan bastante oxígeno disuelto, pues son efectuadas por bacterias de naturaleza aerobia- llamadas nitrobacterias. De esa forma, cuando encontramos mucho nitrógeno amoniacal en elagua, estamos en presencia de materiales orgánicos en descomposición y por lo tanto en un medio pobre en oxígeno.

Para la determinación del Nitrógeno amoniacal se debe proceder de la forma siguiente:

a) llene la cubeta de plástico con la muestra hasta la marca en rojo (3,0 mL);

b) agregue dos gotas de reactivolíquido ( K-1p/ NH4);

c) con la ayuda de una lámina cortante, abra una de las ampollas plásticas pequeñas y añada su contenido al de la cubeta donde se encuentra la muestra. Tápelo y agite por algunos segundos;

d) Con la ayuda del alfiler de cabeza amarilla, perfore una de las ampollas plásticas grandes en uno de los extremos, pasándolo de un lado para el otro;

e) sujete con firmeza la ampolla plástica grande entre el dedo pulgar y el índice y aprietela para sacar parte del aire que está en su interior. Manténgala apretada e introduzca el extremo perforado en la cubeta con la muestra preparada y suéltela, de forma que absorba parte de la muestra para dentro de la ampolla, como si fuese un cuentagotas. Es necesario que la cantidad de la muestra que es absorbida llegue hasta aproximadamente la mitad de la ampolla;

f) agite la ampolla y espere 10 minutos. Si existe amonio en la muestra, la ampolla tomará un color determinado que debe ser comparado en la lista de colores en el dorso de la tapa de la caja de los instrumentos. En el caso de no ser posible comparar el color con los de la lista de colores se debe diluir la muestra y repetir el análisis.

2.4.3. pH

El término pH (Índice de Ion Hidrógeno) es usado universalmente para determinar si una solución es ácida o básica, es la forma de medir la concentración de iones de hidrógeno en la solución. La escala de pH contiene una serie de números que varían de 0 a 14, esos valores miden el grado de acidez o basicidad de una solución. Los valores inferiores a 7 y próximos a cero indican aumento de acidez, los que son mayores de 7 y próximos a 14 indican aumento de la basicidad, mientras que cuando el valor es 7 indica neutralidad

Las medidas de pH son de extrema utilidad, pues nos proveen muchas informaciones con respecto a la calidad de la agua. Las aguas superficiales tienen pH entre 4 y 9. Algunas veces son ligeramente alcalinas por causa de la presencia de carbonatos y bicarbonatos. Es claro que, en estos casos, el pH refleja el tipo de suelo por donde el agua corre. En lagunas con muchas algas, en los días de sol, el pH puede aumentar mucho, llegando a 9 o más. Eso se debe a las algas, que al realizar la fotosíntesis, sacan mucho dióxido de carbono, que es la principal fuente natural de acidez del agua. Generalmente un pH muy ácido o muy alcalino está relacionado a la presencia de desechos industriales.

Para la determinación del pH utilizaremos el aparato para medir pH de la Corning (modelo pH30).

Antes de comenzar a hacer el análisis, coloque el aparato dentro de agua destilada por 3 horas, para limpiar el electrodo. Secar el electrodo con papel suave y calibrar de acuerdo a las instrucciones del folleto. Si es posible, mantenga el electrodo dentro del agua destilada siempre que no lo está usando. Para el análisis proceda de la forma siguiente:

2.4.4 Conductividad eléctrica.

La conductividad eléctrica es la capacidad que el agua tiene de conducir la corriente eléctrica. Este parámetro tiene relación con la existencia de iones disueltos en el agua, que son partículas con cargas eléctricas. Cuanto mayor sea la concentración de iones disueltos, mayor será la conductividad eléctrica de la agua. En las aguas continentales, los iones que son directamente responsables de los valores de la conductividad son, entre otros, el calcio, el magnesio, el potasio, el sodio, los carbonatos, los sulfatos y los.cloratos.

El parámetro de conductividad eléctrica no nos indica, específicamente, cuales son los iones presentes en una determinada muestra de agua, pero puede ayudar a detectar posibles impactos ambientales que ocurran en la cuenca de desagüe debido a la descarga de desperdicios industriales, minería, aguas fecales, etc.

Para la determinación de la conductividad utilizaremos un medidor de conductancia Corning ( modelo CD 55), procediendo en igual forma que con el medidor de pH.

2.4.5 Temperatura de la del agua

La temperatura es una variable muy importante en el medio acuático, pues influye en el metabolismo de las especies, como productividad primaria, respiración de los organismos y descomposición de la materia orgánica. Cuando tenemos altas temperaturas se produce una proliferación de fitoplancton, y, por consiguiente, intensa absorción de nutrientes disueltos. En caso de disminución de la temperatura se produce el efecto contrario.

Los organismos tienen comportamiento diferente con relación a la temperatura. De esa forma, pueden ser perjudicados por la contaminación térmica, causada por los residuos a temperaturas elevadas volcados en el agua. Sus efectos son directos, coagulando las proteínas que constituyen la materia prima, o indirectamente, aumentando la toxicidad de algunas substancias y disminuyendo la tasa de oxígeno disuelto.

Los valores de la temperatura deben ser medidos en el propio lugar de obtención de las muestras, siguiendo las indicaciones que se detallan abajo:

a) recoger la muestra, en un recipiente y hacer la lectura en grados centígrados sin sacar el termómetro de la muestra. Evite que el termómetro toque las paredes del recipiente o exponerlo al aire;

b) escoja, de preferencia, un termómetro con escala interna. La escala externa puede desaparecer al usarla con substancias químicas como los ácidos, las bases, los fenoles y otras.

Observación*: Nunca mida la temperatura en la propia fuente de agua (río, laguna, etc.), pues si el termómetro se rompiese liberará mercurio, que es un elemento tóxico y puede ocasionar problemas graves.

2.4.6 Temperatura del aire

Procedimiento:

a) coloque el termómetro a la sombra, evitando el contacto del depósito de mercurio con cualquier objeto;

b) después de estabilizar la columna de mercurio, haga la lectura en grados centígrados;

c) verifique antes si el tubo del termómetro está seco, en caso contrario, originará errores básicos;

d) la medida de la temperatura del aire deberá ser realizada en el mismo lugar de la recolección de las muestras;

e) usar termómetro de mercurio de buena calidad.

2.4.7 Bacterias Coliformes

En los cuerpos de agua habitan, normalmente, muchos tipos de bacterias, las cuales son importantes, pues ellas se alimentan de materia orgánica, y por consiguiente son las principales responsables por el proceso de autodepuración.

Cuando los cuerpos de agua reciben aguas fecales, ellos pasan a poseer otros tipos de bacterias que pueden ser causantes o no de enfermedades en las personas. Un grupo importante es el de las bacterias coliformes.

Las bacterias del grupo coliformes no son, normalmente, patógenas, pero están presentes en grandes cantidades en el intestino de los seres humanos y en consecuencia en la materia fecal. Se calcula que un ser humano adulto elimina de 50 a 400 billones de esas bacterias en cada evacuación. Su existencia permite detectar heces en el agua en concentraciones extremadamente diluidas, que son dificiles de detectar por los métodos químicos normales. De esa forma, la existencia de estas bacterias en la agua nos sugiere que esa agua recibió excrementos o aguas fecales.

Por otra parte, son los excrementos de las personas enfermas que llevan al agua o para el suelo, los microbios que causan enfermedades. Por lo tanto, si el agua recibe excrementos, ella puede, también, estar recibiendo microbios patógenos. Es por eso que la existencia de coliformes en el agua nos indica la existencia de excrementos en ella, y por lo tanto es posible que contenga microbios patógenos.

Uso del “Conjunto de Instrumentos para la Medición de la del Agua”;

a) Retire la cinta para pruebas del saco plástico tómela por encima del picote ;

b) moje la cinta para pruebas en la muestra hasta el picote, dejando escurrir el exceso;

c) ponga la cinta de pruebas de vuelta en el embalaje plástico, separando la parte cortada que estuvo en contacto con los dedos;

d) coloque el conjunto en un bolsillo junto al cuerpo (camisa o pantalón) por 15 horas. Después de ese tiempo de incubación, examine la cinta de pruebas;

e) la existencia de puntos rojizos en la cinta nos indicará un resultado positivo, o sea, el agua no es potable.

Las pruebas anteriores demostraron que mientras mayor sea la cantidad de agua con materia fecale en el río, mayor será el número de puntos en la cinta de pruebas.

ANEXO

Preparación de Soluciones Básicas para la Determinación del Oxígeno disuelto (reposición de material)

Solución alcalina de Azida de Sodio

l.- Disolver 400g de Na OH en 700 mL de agua deionizada

2. Disolver 150g de KI en 200mL de agua deionizada.

3. Disolver 7g de Na N3 en 5 mL de agua deionizada.

Colocar las soluciones 1 y 2 en un matraz aforado de 1000 mL. Inmediatamente coloque la solución 3, complete el matraz con agua deionizada.

Solución Sulfato Manganoso

Disolver 364 g de Mn SO4.H2O en 700 mL de agua deionizada. Seguidamente complete 1000 mL en el matraz aforado.

Esta solución debe ser posteriormente filtrada, con papel común para filtrado.

Solución de Tiosulfato de Sodio

Disolver 3,1g de Na2S2O3. 5H2O en 1000 mL de agua destilada previamente hervida y enfriada a la temperatura ambiente.

Solución de Amida

Figura 2 - Agitador magnético
Disolver 7 g de amida en 50 mL de agua deionizada.

Hervir sobre una chapa de metal caliente 1000 mL de agua destilada en un recipiente de cristal. Después de hervir, retire el recipiente, añada la solución de amida y ponga el recipiente nuevamente en la chapa, por dos minutos más.Seguidamente retire la solución y déjela enfriar en reposo por 12 horas.Pasado ese tiempo, pase la solución a otro recipiente igual y tire lo que se encuentra en el fondo del recipiente

Finalmente, coloque 1,25 g de Ácido Salicílico en la solución y agítela constantemente con agitador magnético (figura 2) hasta la completa disolución del ácido.

Solución de Yodato de Potasio ( KIO3) 0,025N (para titulación del Tiosulfato de Sodio)

Disolver 3,567g de KIO3 ( previamente seco en la estufa a l500 C) en agua destilada y diluir hasta 1000 mL en el matraz aforado

Con una proveta, retire 250 mL de la solución y complete a 1000 mL en el matraz aforado. Esta solución será 0,025N.