Dureza da Água

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI 
CAMPUS ALTO PARAOPEBA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DETERMINAÇÃO DA DUREZA DA ÁGUA 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado como parte das 
exigências da disciplina Química Analítica, 
sob responsabilidade da prof.ª Ana Maria de 
Oliveira. 
 
 
 
Arthur Soares Silva de Oliveira 
Deysiane Silva Martins 
Letícia Ferreira de Oliveira 
Matheus Dias de Carvalho 
 
 
 
 
 
 
 
Ouro Branco – MG 
Novembro/2015 
DETERMINAÇÃO DA DUREZA DA ÁGUA 
RESUMO 
 O seguinte experimento foi realizado com o objetivo de determinar a dureza total da 
água de torneira e a dureza individual dos íons Ca
2+ 
e Mg
2+
, através de procedimentos 
complexométricos. Para determinar a dureza da água inicialmente foi pipetado 50,00 mL de 
água de torneira em um erlenmeyer de 250 mL. Para cada amostra foi adicionado 3,00 mL de 
solução tampão NH3/NH4Cl, com pH 10 e duas gotas do indicador negro de eriocromo T. Em 
seguida, usando uma bureta de 50,00 mL, foi titulado com solução de EDTA 0,0006 mol/L e 
observado quando a cor mudou de vermelho-vinho para azul. A titulação foi repetida com três 
amostras para encontrar o valor médio total da concentração de Ca
2+
 + Mg
2+
. A quantidade de 
EDTA utilizada foi 34,00 mL, 34,60 mL e 34,50 mL em cada titulação. Realizou-se uma 
titulação usando 50,00 mL de água destilada para se calcular o branco. O volume de EDTA 
gasto na titulação da água destilada foi de 3,00 mL. Assim, ao subtrair o volume de titulante 
gasto para titular o branco do volume utilizado para titular cada amostra, foi possível obter o 
volume gasto para titulação de íons Ca
2+
 e Mg
2
. Foi possível então calcular a concentração de 
CaCO3, que foi de 37,6 (± 0,3) mg/L. Para a determinação da concentração de Ca
2+
, foi 
pipetado quatro amostras de 50,00 mL de água de torneira em erlenmeyers de 250 mL. Em 
seguida, foi adicionado 30 gotas de solução de NaOH 50% m/m em cada alíquota e agitado 
por 2 min para que o Mg(OH)2 precipitasse. Foi adicionado 0,1 g de azul de hidroxinaftol em 
cada frasco. Foi então titulada com EDTA uma amostra para visualizar o ponto final. Depois 
de ter atingido o ponto final azul, a amostra foi deixada em repouso por 5 min, com agitação 
ocasional, de modo que qualquer precipitado de Ca(OH)2 pudesse se redissolver. Como a cor 
azul permaneceu não se foi necessário titular novamente. Foi realizada uma titulação em 
branco com 50 mL de água destilada. O volume de EDTA gasto na titulação foi de 1,50 mL. 
Foi calculada a concentração total de Ca
2+
 e Mg
2+
, a concentração individual de cada íon e o 
desvio padrão relativo das replicas das titulações. O valor quantificado de Ca
2+
 presente nas 
amostras de água foi de 24,3 (± 0,3) mg/L e de Mg
2+ 
foi de: 12,9 (± 0,6) mg/L. Pode-se 
concluir então que as amostras analisadas foram de água “mole” por ter apresentado 
concentração média de CaCO3 abaixo de 60 mg/L; e foram consideradas próprias para 
consumo e utilização para limpeza. 
1. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Parte I – Determinação da dureza da água 
 
2 
 
 Para se obter uma classificação da dureza da água utilizada empregou-se da titulação 
complexométrica e foi determinada a concentração dos metais presentes na amostra (SKOOG 
et al., 2007). Pipetou-se 3 amostras de 50,00 mL de água de torneira, sendo que cada uma foi 
transferida para um erlenmeyer de 250 mL. Para cada amostra adicionou-se 3,00 mL de 
solução tampão NH3/NH4Cl e, em seguida, foram adicionadas aproximadamente duas gotas 
do indicador negro de eriocromo T. A adição do tampão amoniacal nesse primeiro momento 
foi fundamental para que os íons ferro fossem precipitados na forma de hidróxido de ferro e 
para que fosse evitada interferências por outros cátions minoritários na amostra de água. Caso 
o negro de eriocromo T tivesse sido adicionado antes da solução tampão, o indicador formaria 
um complexo de alta estabilidade com o ferro, deste modo o indicador seria bloqueado e não 
seria possível perceber a alteração de cor do titulado ao ponto final da titulação (BACCAN et 
al., 2001). É importante ressaltar também que foi adicionado um pequeno volume de solução 
de negro de eriocromo T em razão de que uma grande quantidade de indicador ocasionaria 
uma mudança bastante gradativa na coloração da solução no ponto final, aumentando a 
dificuldade para percepção do fim da titulação. 
 Como titulante foi utilizado o ácido EDTA – Y4- (Na2H2EDTA.2H2O) em solução a 
0,0006 mol/L. Este combina com íons metálicos na proporção 1:1, independente da carga do 
cátion (SKOOG et al., 2007). A forma do EDTA em meios básicos encontrada foi de HY
3- 
e 
Y
4-
, que foi a situação do meio experimental. Utilizou-se uma bureta de 50,00 mL e realizou-
se 3 titulações com as amostras de água de torneira. A solução apresentava inicialmente a cor 
vermelho-vinho e no ponto final da titulação mudou sua cor para azul claro. Posteriormente 
foi feita uma quarta titulação a fim de determinar o branco do método. O branco do método é 
uma amostra que contém todos os constituintes exceto o analito (SKOOG et al., 2007). 
Utilizou-se uma amostra de 50,00 mL de água destilada, a qual foi titulada com solução de 
EDTA 0,0006 mol/L usando uma bureta de 50,00 mL. O volume de EDTA gasto na titulação 
da água destilada foi de 3,00 mL. Assim, ao subtrair o volume de titulante gasto para titular o 
branco (3,00 mL) do volume gasto para titular cada amostra, foi possível obter o volume gasto 
para titulação de íons Ca
2+
 e Mg
2+
. Os resultados estão resumidos na Tabela 1. 
Tabela 1: Volume de EDTA utilizado com contribuição do branco e volume de EDTA sem a 
influência do branco em cada replicata 
Titulação 
Volume da solução de EDTA 
(mL) 
Volume de EDTA sem 
influência do branco (mL) 
1 34,00 31,00 
2 34,60 31,60 
 3 34,50 31,50 
 
3 
 
Branco do método 3,00 0 
 
 Na titulação de uma solução que contém íons Mg
2+
 e Ca
2+
 com EDTA, na presença do 
indicador negro de eriocromo T, o complexante reagiu primeiramente com os íons cálcio 
livres, devido ao complexo formado entre o EDTA e o cálcio (equação 1) ser mais estável do 
que o formado entre o magnésio e o EDTA (equação 2). Assim, no estágio inicial, os íons 
magnésio foram deslocados do seu complexo com EDTA pelos íons cálcio e ficaram livres 
para se combinar com o negro de eriocromo T, o que atribuiu uma coloração vermelha à 
solução. Entretanto, quando todos os íons cálcio foram complexados, o EDTA reagiu com os 
íons magnésio liberados e, finalmente, com o complexo magnésio-indicador (HARRIS, 
2005). Como este último complexo é vermelho-vinho e o indicador ausente de um íon 
metálico (HIn
2-
) é azul, no pH igual a 10, causado pela adição da solução tampão, a cor da 
solução mudou de vermelho-vinho para azul com o primeiro excesso de EDTA como 
consequência da reação expressa pela equação 3 (SKOOG et al., 2007). 
 
 
 
 
 
 Com o conhecimento dos volumes obtidos de EDTA sem a contribuição do branco 
(dispostos na Tabela 1), os volumes de cada amostra de titulante e a molaridade (equação 4) 
do titulado foi possível determinar a concentração de CaCO3 presente nas amostras 
analisadas.A dureza normalmente é expressa em termos da concentração de carbonato de 
cálcio que é equivalente à concentração total de todos os cátions multivalentes presentes na 
amostra (SKOOG et al., 2007). No ponto de equivalência tem se que a quantidade de matéria 
de EDTA é igual à quantidade de matéria do CaCO3 (equação 5), já que o EDTA reagiu com 
cátions multivalentes na proporção 1:1. 
 
 
 
 
 
 Relacionando as equações 4 e 5, foi calculada a molaridade de CaCO3 para a primeira 
titulação que gastou 31,00 mL de EDTA. 
 
4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A dureza é normalmente expressa como o número de miligramas de CaCO3 por litro 
(HARRIS, 2005). Para essa transformação se multiplicou a molaridade em mol/L pela massa 
molar de CaCO3 de acordo com a equação 6. 
 
 
 
 
 
 
 
 O mesmo procedimento foi realizado para as outras duas titulações. Os resultados 
estão apresentados na Tabela 2. 
Tabela 2: Valores calculados da concentração de carbonato de cálcio em cada titulação 
Titulação Concentração de CaCO3 (mg/L) 
1 37,2 
2 37,9 
3 37,8 
 
 Com o objetivo de obter um único valor para a concentração de CaCO3 e que 
simbolize com maior precisão o experimento estudado, foi feita a média aritmética dos 
valores obtidos com base na equação 7 e o respectivo desvio conforme a equação 8. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Desse modo a concentração de CaCO3 calculada foi de 37,6 (± 0,3) mg/L. Foi 
possível concluir que o valor obtido é preciso, em razão do pequeno erro obtido entre as 
 
5 
 
várias concentrações. A água cuja dureza é menor que 60 mg de CaCO3 por litro é 
considerada “mole”. Se a dureza for acima de 270 mg/L, a água é então considerada “dura” 
(HARRIS, 2005). Assim, conclui-se que as amostras de água analisadas foram classificadas 
como água “mole” por terem apresentado uma concentração de 37,6 mg/L de CaCO3. O 
resultado encontrado foi esperado, já que a água analisada passou previamente por uma 
estação de tratamento de água em que a concentração de metais foi subtraída para se obter 
uma melhor qualidade da água tanto para consumo quanto para utilidade em limpeza. 
Parte II - Determinação da concentração de Ca
2+
 
 A concentração de Ca
2+
 foi determinada separadamente através de outra titulação feita 
em condições bem específicas: titulação feita com pH fortemente básico (entre 12 e 13) e sem 
a presença de tampão amoniacal. Foi pipetada quatro amostras de 50,00 mL de água de 
torneira em erlenmeyers de 250 mL e adicionou-se, aproximadamente, 30 gotas de solução de 
NaOH 50% m/m em cada alíquota, o que alcalinizou o meio reacional e, consequentemente, 
aumentou o pH. A solução foi agitada por 2 minutos até que a majoritária parte de íons Mg
2+
 
se precipitaram em Mg(OH)2 de acordo com a equação 9. Ao ser precipitado, o íon magnésio 
se tornou inacessível ao EDTA e foi possível a realização da titulação complexométrica entre 
o íon cálcio presente na amostra de água de torneira e o titulante (HARRIS, 2005). 
 ã 
 Como o teor de íon magnésio na solução diminuiu significativamente foi utilizado um 
indicador diferente do negro de eriocromo T usado para a titulação de íons Mg
2+
 e Ca
2+
. Foi 
adicionada uma ponta de espátula do indicador azul de hidroxinaftol em cada frasco e, em 
seguida, titulou-se com EDTA 4 amostras da solução preparada até estas terem atingido o 
ponto final em que a coloração inicial roxa se tornou azul claro. Análogo ao procedimento 
efetuado na titulação para determinação da dureza da água foi feita uma titulação em branco 
utilizando-se 50,00 mL de água destilada e como titulante o EDTA. O volume de EDTA gasto 
na titulação da água destilada foi de 1,50 mL. Deste modo, quando se foi calculada a real 
quantidade de solução de EDTA utilizada para titulação dos íons cálcio foi subtraído o 
volume de EDTA utilizado como titulante para as amostras de água de torneira por um 
volume de 1,50 mL (branco). Na Tabela 3 estão dispostos os resultados obtidos. 
 
Tabela 3: Volumes de EDTA utilizados e volume de EDTA sem a influência do branco em cada 
 
6 
 
replicata para determinação da concentração de Ca
2+ 
Titulação 
Volume da solução de EDTA 
(mL) 
Volume de EDTA sem 
contribuição do branco (mL) 
1 21,50 20,00 
2 21,50 20,00 
3 21,40 19,90 
4 22,40 20,90 
Branco do método 1,50 0 
 
 O azul de hidroxinaftol na presença de Ca
2+
 apresentou coloração vermelho-vinho 
enquanto na sua ausência ficou azul claro (equação 10). No inicio da titulação, o titulado 
apresentou uma cor vermelho-vinho enquanto no ponto de equivalência a cor mudou para azul 
claro. Isto aconteceu em razão de que o complexo formado entre o cálcio e o EDTA é mais 
estável que o complexo formado pelo cálcio e o indicador (SKOOG et al., 2007). Assim o 
cálcio complexado com o indicador foi deslocado pelo EDTA de acordo com a reação 
representada pela equação 11. 
 
 
 
 
 Após se ter atingido o ponto final azul, as amostras foram deixadas em repouso por 5 
minutos, com agitação ocasional, de modo que qualquer precipitado de Ca(OH)2 pudesse se 
redissolver. Caso as quatros soluções tituladas, quando em repouso, tivessem retornado sua 
cor para o vermelho seria necessário repetir a titulação até que a solução permanecesse azul. 
Entretanto esse fenômeno não aconteceu. Isto é um retrato de que a titulação foi empregada 
com um excesso suficiente de EDTA para que todos os cátions Ca
2+
 pudessem ter sido 
complexados pelo titulante e que a maior parte do íon magnésio foi precipitada em forma de 
hidróxido (SKOOG et al., 2007). 
 Como o EDTA combina com íons metálicos na proporção 1:1, no ponto de equivalência 
o número de mols de Ca
2+
 foi igual ao número de mols de EDTA, como está explícito na equação 12. 
 
 Foi realizado o cálculo da molaridade do Ca
2+
 em cada titulação utilizando o 
respectivo volume de EDTA gasto sem a contribuição do branco, a molaridade do EDTA e o 
volume de cada amostra de água de torneira. Para a primeira titulação que gastou 20,0 mL de 
EDTA o cálculo foi realizado da seguinte maneira: 
 
7O mesmo cálculo executado foi realizado para as outras 3 titulações e os resultados se 
apresentam na Tabela 4. 
Tabela 4: Valores calculados da concentração de íon cálcio em cada titulação 
Titulação Concentração de Ca
+
 (mg/L) 
1 24,0 
2 24,0 
3 23,9 
4 25,1 
 
 Em seguida foi feita a média aritmética das molaridades calculadas e o seu respectivo 
desvio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Ao aferir os resultados obtidos foi possível determinar que o valor quantificado de 
Ca
2+
 presente nas amostras de água foi de 24,3 (± 0,3) mg/L. Inferiu-se que a precisão dos 
resultados foi alta, pois o desvio calculado em relação ao valor médio foi pequeno. Para o 
cálculo da concentração individual do íon magnésio partiu-se do princípio que a quantidade 
de matéria da dureza é igual à soma da quantidade de mols de Ca
2+
 e Mg
2+
 (equação 13). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
 Para encontrar a concentração de magnésio foi feita a subtração entre duas grandezas, 
onde cada uma possui seu respectivo erro. Para o cálculo do erro do magnésio foi feita a soma 
dos erros de cada uma, de acordo com a equação 14. 
 
 
 
 
 
 
 
Foi dividido o valor da quantidade obtida de Mg
2+
 por 50,00 mL (volume da amostra 
de água de torneira) e determinou-se que a concentração de Mg
2+ 
foi de: 12,9 (± 0,6) mg/L. 
Conclui-se que o valor obtido foi preciso, em razão do baixo erro calculado. 
2. CONCLUSÃO 
 A determinação da dureza da água se tornou viável a partir da utilização do método de 
titulação complexométrica em que se foi obtida que a concentração de CaCO3 presente nas 
amostras analisadas foi de 37,6 (± 0,3) mg/L de CaCO3. Logo, foi concluido que as amostras 
de água analisadas são classificadas como água “mole”, em razão de que concentra ão de 
CaCO3 esteve abaixo de 60 mg/L. Através de uma segunda titulação complexométrica, em 
condições reacionais diferentes da anterior, ocorreu a titulação de amostras de água de 
torneira com EDTA a fim de determinar a dureza individual do Ca
2+ 
e, posteriormente, a 
dureza individual do Mg
2+
. A concentração de íon cálcio obtida foi de 24,3 (± 0,3) mg/L e de 
íon magnésio foi de 12,9 (± 0,6) mg/L. Concluiu-se que as amostras analisadas apresentaram 
baixo grau de dureza e foram consideradas próprias para consumo, utilização para limpeza e 
uso industrial. Os resultados obtidos foram precisos, devido aos desvios calculados terem sido 
pequenos, entretanto é importante ressaltar supostas fontes de erro que podem ter interferido 
os resultados obtidos como erro do indicador, fenômeno da propagação de erros durante os 
cálculos e a interferência de íons metálicos minoritários durante a titulação. 
 
3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
BACCAN, N. et. al. Química Analítica Quantitativa Elementar. 3. ed. São Paulo: Edgard 
Blücher, 2001. 304 p. 
HARRIS, D.C. Análise Química Quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. 876 p. 
SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER, F. J.; CROUCH, S. R. Fundamentos de Química 
Analítica. 8. ed. São Paulo: Thomson Learning, 2007. 999 p. 
VOGEL, A. I. Análise Química Quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 488 p.