ANALÍSE QUÍMICA DA ÁGUA: DETERMINAÇÃO DE DUREZA E CLORETO

Prévia do material em texto

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MARANHÃO
LICENCIATURA EM QUÍMICA V PERÍODO
DISCIPLINA: QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL II
PROF(A): M.SC. IRAKERLEY ALVES FERNANDES
ILLA FERNANDA MESQUITA SILVA
JOCILEIDE NASCIMENTO NOVAIS
OZIEL FRANCISCO DAMASCENO
SIDNE RODRIGUES DA SILVA
ANALÍSE QUÍMICA DA ÁGUA: DETERMINAÇÃO DE DUREZA E CLORETO
Codó – MA
2016
Resumo
O presente trabalho relata os procedimentos de determinação de dureza (Ca+ e Mg+) e cloretos (Cl-) em amostras de águas distintas, onde constatou-se por análise, que a água do rio possui maior dureza em relação a água da torneira com os valores 20,8 e 11,6 respectivamente, expressos em mg/L de CaCO3, quanto ao cloreto, encontrou-se o valor de 19,32 mg/L na água da torneira, o que nos faz concluir, que os resultados estão dentro dos padrões de potabilidade estabelecidos.
Introdução
A água é um dos maiores bens oferecidos ao homem, dela depende basicamente a manutenção do planeta, pois é indispensável aos seres vivos independente da espécie, no entanto, a parte da qual mais necessitamos está cada vez mais escassa devido a uma série de fatores, onde podemos citar como o principal deles o descaso e mau uso por parte do homem, de tal modo que a cada momento torna-se mais indispensável estudos e discussões a respeito de sua qualidade e potabilidade. Neste trabalho analisaremos duas importantes características presentes na água, determinaremos a dureza e cloretos em amostras distintas. Para tal, faremos uso da volumetria de complexação e precipitação respectivamente, de modo que necessitamos entender de ambos os procedimentos. (ONOHARA, 2015)
Volumetria de complexação
	É um procedimento comumente utilizada na identificação da presença de metais e na quantificação da concentração destes em solução, como no caso do Ca2+ e Mg2+. É um processo de análise química que consiste na titulação de uma solução de concentração conhecida, com um agente titulante que é um agente complexante, onde ocorrerá a formação de um complexo solúvel e estável a partir da reação complexométrica do metal analito com o agente complexante – um ligante. Estes complexos, podem ser chamados compostos de coordenação e são formados por ligações dativas que unem o ligante ao metal, de modo que o metal atue como um ácido de Lewis por receber elétrons do agente complexante para formar a ligação dativa, enquanto que o ligante atue como base de Lewis, doando elétrons, os quais devem estar livres em orbitais e possuir o mínimo de impedimento para que possibilite a existência da ligação. Em síntese, dizemos que a formação desses complexos, baseia-se em reações que envolvem um íon metálico M e um ligante L, tendo como caso mais simples o de uma reação que origina um complexo do tipo 1:1: (FERNANDES, 2014)
M + L ⇌ ML
cuja constante de estabilidade ou formação é:
Kf = 
	Os ligantes são espécies químicas que possuem ao menos um par de elétrons que podem ser doados ao metal formando um complexo. Existem vários tipos de ligantes, os monodentados, bidentados, tridentados, tetradentado, polidentados e ambidentados, todos possuem elétrons que podem ser doados ao metal, diferenciando-se apenas pela quantidade de pares como o próprio sufixo das classificações sugere: 1 par, 2, 3, 4 e 5 ou mais pares respectivamente, já o ambidentado possui dois pares de elétrons que podem ser doados, porém não ao mesmo tempo. Um dos ligantes mais utilizados é o EDTA, devido a volumetria de complexação ser muito utilizada na determinação da dureza da água, procedimento este feito aqui através da complexometria com EDTA. (BACCAN, et al, 1985)
Dureza da água
	A água é intitulada como dura quando possui elevados níveis de Ca2+ e Mg2+; a determinação desta dureza é feita através de um teste analítico que fornecerá uma medida da qualidade desta água para uso doméstico e industrial. Este teste que é feito por titulação com EDTA após a amostra ter sido tamponada em pH 10 se mostra extremamente importante para a indústria porque a água dura, após aquecida, precipita carbonato de cálcio que provoca entupimento nas tubulações. A dureza da água pode ser temporária ou permanente, será temporária quando houver precipitação de carbonatos, como em situações a pouco descritas (fervura da água). Será dureza residual, quando os cloretos e sulfatos não forem eliminada por ebulição, o que constituirá a dureza permanente. Como soma das duas classificações descritas, teremos a dureza total da água, que vale ressaltar é determinada por titulação dos íons cálcio e magnésio, com solução de EDTA em pH 10, usando o negro de eriocromo T como indicador. O resultado é expresso em mg/L ou μg/L de carbonato de cálcio, que será classificado segundo a tabela 1. (ANDRADE, et al, 2010)
Tabela 1. Classificação de águas segundo a dureza
Complexometria com EDTA
	O EDTA, ácido etilenodiamino tetra-acético(C10H16N2O8) é um composto orgânico que age como ligante polidentado, formando complexos muito estáveis com diversos íons metálicos através de várias ligações covalentes, onde ele “aprisiona” no seu interior esse íons formando uma estrutura heterocíclica, o que faz com que estes complexos tenham uma enorme estabilidade: 
Mg2+ + EDTA [M.EDTA]complexo
Devido a isso, é usado como preservante do sangue, pois "inativa" os íons de cálcio, que promovem a coagulação sanguínea. Esta habilidade de complexar e assim "inativar" íons metálicos é também usada como antídoto para envenenamento por chumbo. Também tem uso em detergentes e xampus, pois se combina com cálcio e magnésio, evitando que se precipitem com o produto, como acontece com sabão, quando usado com águas ricas em cálcio e magnésio. 
(ZANETTE, 2013).
Volumetria de precipitação
	É um processo que consiste na formação de um composto pouco solúvel, que logo 
precipitará. É um método que está entre os procedimentos de análise quantitativa mais antigos, e faz necessário que a reação ocorra em um período de tempo bastante rápido e que o precipitado seja consideravelmente insolúvel, desta forma haverá uma probabilidade menor para erros. Podemos dizer que este é um método um tanto específico, uma vez que muitos tipos de precipitados apresentam uma solubilidade baixa causando erros mensuráveis e comprometedores; outro fator, como citado previamente é a velocidade das reações, muitas delas ocorrem vagarosamente e o volume do titulante pode ser demasiado a mais que o necessário para a viragem, causando sérios erros, resumindo, este é um processo para quantificar, principalmente, teores de haletos: cloretos, brometos, fluoretos; tiocinato e cianeto dentre outros. Neste estudo em específico, determinara a concentração de cloretos através do Método de Mohr. (FERNANDES, 2014)
Determinação de coreto (Cl-) pelo método de Mohr
	Neste método, o cloreto (Cl-) em solução de cloreto de sódio, é titulado com uma solução padrão de nitrato de prata (AgNO3) usando como indicador o cromato de potássio (K2CrO4). O ponto final da titulação é alcançado com o primeiro excesso de íons prata (Ag+) que reage com o indicador precipitando cromato de prata vermelho, podemos ver na reação abaixo:
Ag+(aq) + Cl-(aq)→ AgCl (s)
2Ag+(aq) + CrO42-(aq) → Ag2CrO4 (s)
O ponto final ocorrerá, na prática, um pouco além do ponto de equivalência, devido à necessidade de se adicionar excesso de Ag+ para precipitar Ag2CrO4 em quantidade suficiente para ser notado visualmente. Este método requer a titulação em branco, pois haverá o erro na detecção do ponto final, e será essa titulação em branco que o corrigirá, subtraindo o valor gasto obtido na prova do branco do valor gasto na titulação. Necessita-se que a solução a ser titulada deve apresentar um pH entre 7 a 11, pois o íon cromato reage com os íons hidrogênio em soluções ácidas, como consequência, não será possível observar o ponto final da titulação. Adiciona-se, então, CaCO3(s) ao erlenmeyer para impedir que o pH fique abaixo de 7 durante a titulação. (FRANCO, 2008)
Indicadores
	Para a determinaçãoda dureza da água, o indicador utilizado foi Negro de ericromo T (Erio T), que é um ácido triprótico que pode ser representado como H3In. Este indicador possui propriedades ácido-base, as quais podemos entender melhor a partir das reações de ionização a seguir:
H2In- + H2O⇌ H3O+ + HIn2- 	Ka2 = 5 x 10-7
	 Vermelho	 azul
HIn2- + H2O ⇌H3O + + In3-	 Ka3 = 3 x 10-12
	 azul 	 laranja
Os complexos metálicos do Erio T são geralmente vermelhos, e para se observar a mudança de cor com esse indicador o pH da solução deve estar entre 7 e 11 de modo que a cor azul do indicador domine quando o titulante “quebrar” o complexo vermelho metal-Erio T no ponto final, vejamos a representação da reação do ponto final em pH 10: (UFJF, 2011)1
MIn + Y4+ + H+ MY2- + HIn2-
		 Vermelho azul
	Para a determinação de cloretos, usou-se o indicador cromato de potássio (K2CrO4), onde o uso deste baseia-se no princípio da precipitação fracionada. Quando se adiciona um íon a uma solução contendo dois outros grupos capazes de formar sais pouco solúveis com o primeiro, o sal que começa a precipitar é aquele cujo produto de solubilidade é sobrepassado em primeiro lugar. Se o precipitado formado pelo segundo íon é corado, então pode servir como indicador para a reação de precipitação do primeiro, desde que se possam ajustar as condições que o composto corado somente comece a se formar depois que o outro tenha sido precipitado completamente (CRUZ, CLAIN, 2010).
 
Objetivos
3.1 Geral
Determinar a dureza e a concentração de cloreto em águas
3.2 Específico
Determinar a dureza da água do rio Codózinho e da torneira do IFMA campus Codó;
Determinar a concentração de cloreto na água da torneira do laboratório multidisciplinar do IFMA campus Codó. 
Parte experimental
4.1 Materiais e Reagentes 
Balão volumétrico de 200 mL
Balão volumétrico de 250 mL
Béquer de 100 mL
Pipeta graduada de 10 mL
Bureta de 25 mL
Erlemeyer 250 mL
Proveta de 100 mL
Conta gotas
Espátula
Balança analítica
Bastão de vidro
Suporte universal
Garra
Na2H2Y.2H2O sólido
CaCO3 P.A. sólido
AgNO3 sólido
Solução de HCl 1:1
Preto de eriocromo T
Cromato de potássio 5%
Água da torneira e do rio
4.2 Procedimento Experimental
Preparo e padronização das soluções
Preparou-se 100 mL de uma solução tampão de amônio pH = 10 de concentração 0,1 mol/L, e armazenou-se em um frasco de polietileno;
Para a solução de EDTA 0,02 mol/L, pesou-se 1,5 g de Na2H2Y.2H2O num volume de 200 mL;
Para a padronização da solução de EDTA 0,02 mol/L pesou-se 0,180 g de CaCO3 P.A. previamente dessecado, e dissolveu-se num béquer utilizando quantidade mínima de solução de HCl 1:1; colocou-se a solução CaCO3 para evaporar até a quase secura, que em seguida foi redissolvida em água destilada e transferida para um balão volumétrico de 100 mL;
Em um erlemeyer colocou-se 10 mL da solução de CaCO3, 3 mL da solução tampão de amônio e 6 gotas do indicador preto de eriocromo T, e titulou-se com a solução de EDTA; este processo de titulação foi feito em triplicata;
Preparou-se 250 mL da solução de AgNO3 a 0,1 mol/L utilizando 4,25 g de AgNO3 previamente seco em estufa a 150 ºC por 2h;
Para a padronização da solução de AgNO3 colocou-se num erlemeyer 0,17 g de NaCl, 80 mL de água e 1 mL do indicador cromato de potássio 5%;
Titulou-se lentamente, agitando o frasco até que a cor avermelhada formada pela adição de AgNO3 desapareça.
Análise das amostras de água - Determinação da dureza das águas do rio e da torneira
Colocou-se em um erlemeyer 10 mL da água do rio, 3 mL da solução tampão de amônio e 3 gotas do indicador preto de eriocromo T, e titulou-se com a solução de EDTA até a viragem de vinho para azul;
Colocou-se em um erlemeyer 50 mL da água da torneira, 3 mL da solução tampão de amônio e 3 gotas do indicador preto de eriocromo T, e titulou-se com a solução de EDTA até a viragem de vinho para azul;
Ambos os procedimentos feitos em duplicata.
Análise das amostras de água - Determinação de cloreto na água da torneira
Colocou-se em um erlemeyer 20 mL de água da torneira e 1 mL do indicador cromato de potássio, e titulou-se com a solução de AgNO3;
O mesmo fez-se para 20 mL de água destilada (determinação do branco), para eventuais correções;
Ambos os procedimentos feitos em triplicata.
Resultados e discussão
As amostras de água do rio e da torneira foram tituladas com a solução de EDTA 0,01 mol/L, e foi usado o indicador preto de eriocromo T pois este é o mais indicado para titulação direta de Ca+ e Mg+, visto que o experimento procura mostrar a concentração dos sais cálcio e magnésio que ocasiona a dureza da água.
No quadro abaixo temos os respectivos valores da dureza das amostras:
Quadro 1 – Resultados da determinação da dureza de águas.
	AMOSTRAS
	DUREZA (CaCO3 mg/L)
	Água do rio
	20,8
	Água da torneira
	11,6
A água do rio possui maior dureza que a água da torneira, porém as duas amostras estão dentro dos padrões de consumo humano, no entanto, de acordo com a Legislação Brasileira, os níveis ideais de dureza da água situam-se entre 40mg/L e 170mg/L de carbonato de cálcio (CaCO3), sendo o valor médio de 80mg/L de CaCO3, não apresentando assim, risco à saúde humana, mas como os valores encontrados foram 20,8ml/L e 11,6mg/L afirma-se que a mesma apresentam uma dureza fora dos padrões exigidos pela Legislação Brasileira, estando consideravelmente abaixo do valor mínimo exigido, assim sendo classificada como água “muito branda” ou “muito mole”.
Para a determinação da concentração de cloretos na água da torneira, titulou-se a mesma com a solução de AgNO3 0,1 mol/L. O processo foi feito em triplicata utilizando cromato de potássio como indicador e teve os três pontos de viragem iguais a 0,2 mL na solução de AgNO3. Para determinar-se a real quantidade de Ag+ que reagiu com Cl-, foi feita a determinação do branco, este processo de titulação foi feito com água destilada. Desta maneira, obtivemos como resultado valor de 19,32 mg/L para a concentração de cloreto na água da torneira, o que demonstra que um valor pequeno pois o valor máximo permitido é de 250 mg/L Cl- 
O íon cloreto (Cl-) é precipitado quantitativamente pelo nitrato de prata (AgNO3) na presença de cromato de potássio (K2CrO4), ou seja, o Ag+ do titulante reage primeiramente com o Cl- do titulado, pelo fato da constante de reação deste ser maior em relação ao CrO42-, dessa forma, quando ocorreu a viragem tivemos a formação de um precipitado AgCl, e o meio reacional se tornou vermelho pela formação do Ag2CrO4, meio este que antes do ponto final era amarelo.
Conclusão
	A dureza da água é uma propriedade decorrente da presença de metais alcalinos terrosos especificamente Ca+ e Mg+, quando a concentração destes sais é alta, diz-se que a água é dura e, quando baixa, que é mole. Nas análises feitas nesta prática determinou-se que ambas as amostras de água, tanto da torneira quanto do rio Codózinho são águas muito moles ou muito brandas, devido aos valores encontrados estarem a baixo do estabelecido pelos padrões de potabilidade, mesmo apesar de, a agua do rio possuir um grau de dureza a mais que a da torneira, tendo a primeira 20,8 e segunda 11,6 mg/L de CaCO3.
Na determinação do íon cloreto (Cl- ), que é um dos principais ânions inorgânicos em águas naturais e residuais, utilizado como o principal método para a desinfecção do abastecimento de água, piscinas, lavanderia e branqueamento de roupas; encontramos o valor de 19,32 mg/L, o qual está adequado, pois segundo o CONAMA e o Ministério da Saúde, o teor máximo de cloreto permissível, em águas de abastecimento, é de 250 mg de Cℓ- /L, pois colocado níveis acima do permitido colocará em risco a saúde de quem desta água faz uso. 
Referências
ANDRADE, Leticia Keyla de, et al. Determinação de Dureza total e cloreto em águas. João Pessoa, 2010
BACCAN, Nivaldo, et al. Química Analítica Quantitativa Elementar. 2.ed. Campinas: Ed. da UNICAMP,1985. 
BAPTISTA, Jusseli R. Caderno de Química Analítica Quantitativa : teoria e prática. Rio Grande : FURG, 1987. 
BRASIL. (17 de Março de 2005). Resolução nº 357. Brasília, DF: CONAMA, Ministério do Meio Ambiente.
BRASIL. (2006). Vigilância e Controle da qualidade da água para consumo humano . 212. Brasília: Ministério da Saúde, Secretaria de Vigilância em Saúde. 
CRUZ, Juliana Nogueira da; CLAIN, Almir Faria. A Interferência do pH na Análise de Cloreto pelo Método de Mohr. Revista Eletrônica TECCEN, Vassouras, v. 3, n. 3, p. 29-44, jul./set., 2010.
CUNHA, Alexandre A.V. Manual de práticas de Química Analítica. Pelotas : Ed. da Universidade, 1984.
FERNANDES, Dhion Meyg da Silva. Volumetria de complexação: Determinação da dureza da água. Quixadá, 2014
FONSECA, Maria Gardênnia da; BRASILINO, Maria das Graças Azevedo. Química Básica Experimental. João Pessoa-PA: Universidade Federal da Paraíba, 2007.
FRANCO, Almiro Carvalo. Determinação da dureza total da água. Ilhéu, 2008
ONOHARA M. T., et al. Avaliação de Características Física, Química e Microbiológica da Água na Microbacia do Córrego Gumitá. Cuiabá-MT: E&S - Engineering and Science, 2015
PAWLOWSKY, Alda Maria, et al. Experimentos de Química Geral. Curitiba, 1996.
1Universidade Federal de Juiz de Fora (2013). Aulas práticas de Química Ambiental: Alguns Experimentos para a Determinação da Qualidade de Águas Superficiais. 	Disponível em: http://www.ufjf.br/baccan/files/2012/11/Aulas-Pr%C3%A1ticas-de-Qu%C3%ADmica-Ambiental_Alguns-Experimentos-para-a-Determina%C3%A7%C3%A3o-da-Qualidade-de-%C3%81guas-Superficiais.pdf.	Acessado em 19 de maio de 2016.
2Universidade Presbiteriana Mackenzie (2004). Laboratório de Química Analítica Quantitativa. Disponível em: http://meusitem.mackenzie.com.br/nbonetto/disciplinas/ apostila_laboratório_química_analítica_qauntitativa.pdf. Acessado em 19 de maio de 2016. 
ZANETTE, Dilson Roque. Química Analítica Experimental. Santa Catarina, 2013.