Práticas de Laboratório Água Dureza

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Práticas de Laboratório: Dureza Temporária e Permanente da Água
Prof. Fenelon Martinho Lima Pontes
Eliana Santos de Oliveira
Mariana Santos de Oliveira
 Bauru 2016
Objetivo
Este trabalho tem como objetivo relatar sobre os elementos oxigênio e enxofre e seus respectivos compostos, assim como verificar as propriedades redutoras e oxidantes do peróxido de hidrogênio, relatar sobre a reatividade do enxofre e do seu composto ácido sulfúrico.
Sumário 
1. INTRODUÇÃO...........................................................................................................5 
2. MATERIAIS E MÉTODOS......................................................................................6
2.1 INSTRUMENTAÇÃO E METODOLOGIA..............................................................6 
2.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL......................................................................7
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO...............................................................................10
4. CONCLUSÃO............................................................................................................11
5. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................12
Introdução
A dureza das águas deve-se principalmente a Ca2+ e Mg2+ e ainda a vestígios de Fe2+, Al3+ e Cu 2+.
A presença de cálcio e magnésio está associada à constituição dos solos.
Os solos podem ser calcários ou dolomites.
As águas que transportam CO2 dissolvido (proveniente da atmosfera) exercem ação dissolvente nos solos:
 
CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O (l) à 2HCO3- (aq) + Ca2+ (aq)
MgCO3 (s) + 2H+ (aq) à Mg2+ (aq) + CO2 (aq) + H2O (l)
 
Por outro lado, as águas existentes nos solos podem ter características ácidas, devido à decomposição da vegetação, dissolvendo assim o CaCO3 e MgCO3.
 
CaCO3 (s) + 2H+ (aq) à Ca2+ (aq) + CO2 (aq) + H2O (l)
MgCO3 (s) + 2H+ (aq) à Mg2+ (aq) + CO2 (aq) + H2O (l)
 
Podemos, então, concluir que a dureza das águas irá depender dos solos que atravessa.
 
Existem três tipos de dureza: a dureza total, a dureza permanente ou não carbonatada e a dureza temporária.
A dureza total é a soma das concentrações de sais de cálcio e magnésio.
A dureza permanente ou não carbonatada é devida aos sais polúveis de cálcio e magnésio (sulfatos, cloretos, etc.) não elimináveis por ebulição.
A dureza temporária é a diferença entre a dureza total e a dureza permanente.
 
Através desta tabela podemos relacionar a dureza de uma água com a quantidade de Carbonato de Cálcio (CaCO3):
 
	50 a 100 ppm de CaCO3
	Água ligeiramente dura
	100 a 200 ppm de CaCO3
	Água moderadamente dura
	> 200 ppm de CaCO3
	Água dura
 
Por exemplo, a água para consumo doméstico pode apresentar uma dureza variável, com limite máximo de 500 ppm.
 
Quantos mais minerais uma água contiver, mais dura ela é, mas o uso de águas duras também tem os seus inconvenientes.
 
 	Em instalações industriais onde exista produção de vapor ou aquecimento de águas, verifica-se o aparecimento de incrustações em tubos, caldeiras, etc., que:
 
-          dificultam a transferência de calor
-          diminuem a durabilidade do equipamento
-          aumentam a probabilidade de ocorrerem explosões
 
No consumo doméstico, além de provocar incrustações nas canalizações e tubagens das máquinas (pelo processo anteriormente indicado), forma com os sabões sais insolúveis de cálcio e magnésio, que precipitam na roupa, endurecendo-a, dificultando a lavagem e obrigando a um maior consumo de detergentes.
 
A determinação da dureza de uma água faz-se por volumetria de complexação com EDTA – agente complexante que forma compostos estáveis com grande número de catiões metálicos.
Para se determinar a dureza total tem de se trabalhar em meio com um pH de 10, utilizando o eriocrómio T como indicador.
Para se determinar a dureza cálcica tem de se trabalhar em meio básico, utilizando o murexide como indicador.
 	Dureza é um parâmetro característico da qualidade de águas de abastecimento industrial e doméstico sendo que do ponto de vista da potabilização são admitidos valores máximos relativamente altos, típicos de águas duras ou muito duras. Quase toda a dureza da água é provocada pela presença de sais de cálcio e de magnésio (bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos) encontrados em solução. Assim, os principais íons causadores de dureza são cálcio e magnésio tendo um papel secundário o zinco e o estrôncio. Algumas vezes, alumínio e ferro férrico são considerados como contribuintes da dureza. A dureza total da água compõe-se de duas partes: dureza temporária e dureza permanente. A dureza é dita temporária, quando desaparece com o calor, e permanente, quando não desaparece com o calor, ou seja, a dureza permanente é aquela que não é removível com a fervura da água. A dureza temporária é a resultante da combinação de íons de cálcio e magnésio que podem se combinar com bicarbonatos e carbonatos presentes. Normalmente, reconhece-se que uma água é mais dura ou menos dura, pela maior ou menor facilidade que se tem de obter, com ela, espuma de sabão. As águas duras caracterizam-se, pois, por exigirem consideráveis quantidades de sabão para produzir espuma, e esta característica já foi, no passado, um parâmetro de definição, ou seja, a dureza de uma água era considerada como uma medida de sua capacidade de precipitar sabão. Esse caráter das águas duras foi, por muito tempo, para o cidadão comum o aspecto mais importante por causa das dificuldades de limpeza de roupas e utensílios. 
Com o surgimento e a determinação dos detergentes sintéticos ocorreu também a diminuição os problemas de limpeza doméstica por causa da dureza. Também durante a fervura da água os carbonatos precipitam-se. Este fenômeno prejudica o cozimento dos alimentos, provoca "encardido" em panelas e é potencialmente perigoso para o funcionamento de caldeiras ou outros equipamentos que trabalhem ou funcionem com vapor d’água, podendo provocar explosões desastrosas. Assim pode-se resumir que uma água dura provoca uma série de inconvenientes: é desagradável ao paladar; gasta muito sabão para formar espuma; dá lugar a depósitos perigosos nas caldeiras e aquecedores; deposita sais em equipamentos; mancha as louças. A despeito do sabor desagradável que referidos níveis podem suscitar elas não causam problemas fisiológicos.
 No Brasil, o valor máximo permissível de dureza total fixado pelo padrão de portabilidade, ora em vigor, é de 500mg CaCO3/L. Teores de dureza inferiores a 50 ppm não implicam em que a água seja considerada dura. Teores de 50 a 150 ppm não incomodam para efeitos de ingestão, mas acima de 100 ppm provocam prejuízos sensíveis em trabalhos que envolvam o uso da água com sabão e originam precipitações com incrustações anti-estéticas e até potencialmente perigosas em superfícies sujeitas a aquecimentos. 
2. Material e Métodos
2.1 Instrumentação e Metodologia 
- 4 funis
- 9 tubos de ensaio 18/2,5cm
- 2 erlenmeyer de 250mL
- Bico de Busen
- Espátula
- 1 vidro relógio
- Pipetas
- Estante para tubos de ensaio
- Bastão de vidro
- 4 papéis de filtro
- Fósforo
Reagente
- Bicarbonato de Sódio
- Carbonato de Cálcio
-Carbonato de sódio 10%
- Sulfato de sódio
- Sulfato de magnésio 0,1N
- Sabão
- Detergente
2.2 Procedimento Experimental
Procedimento I: Dureza Temporária
1- Pesou-se em vidro relógio 1g de carbonato de cálcio em pó e colocar num erlenmeyer contendo 100mL de água destilada, adicionando em seguida 5 gotas de fenolftaleína.
2- Borbulhou-se gás carbônico durante 5 minutos com auxílio de pipeta. Filtrar e terse-à água de bicarbonato de cálcio.
3- Retirou-se 30mL de filtrado e transferir 15mL para tubo de ensaio 1 e 15mL para o tubo de ensaio II
4- Ferveu-se o tubo de ensaio I durante 5 minutos, deixa-ló esfriar e depois filtrar.
5- Passou-se o novo filtrado para o tubo de ensaio III.
6-Colocou-se um pedacinho de sabão em cada um dos tubos de ensaio II e III e agitou-se vigorosamente. Observou-se.
Procedimento II: Dureza Permanente
Retirou-se 30mL de solução de sulfato de magnésio 0,01N e transferiu-se 15mL para o tubo de ensaio 1 e 15mL para o tubo de ensaio II.
Adicionou-se ao tubo I, 5mL de carbonato de sódio a 10% e em seguida filtrou-se para o tubo III.
Colocou-se um pedacinho de sabão em cada um dos tubos de ensaio II e III e agitou-se vigorosamente. Observou-se.
Repetiu-se esse procedimento, utilizando ao invés do sabão, 4 gotas detergente. Observou-se.
Resultados e Discussões
Dureza Temporária
Na dureza temporária o carbonato de cálcio3 adicionado em água destilada (coloração leitosa) não se solubilizou-se totalmente, formando um precipitado, após adicionar a fenolftaleína a coloração passa a ser róseo. Isto indica que há hidroxilas na solução, ou seja, ela é alcalina. Ao borbulhar o CO2 4, a solução volta a coloração inicial, pois o hidrogênio gerado reage com a hidroxila gerando água e neutraliza a basicidade. Ao filtrar a solução obteve-se água de bicarbonato de cálcio. Logo esta solução foi separada em dois tubos de ensaio, o tubo I e o tubo II. O tubo I foi fervido, e ao ferver houve liberação de CO2 e vapor de água, e a eliminação do cálcio, diminuindo a dureza, ou seja, transformou o bicarbonato em carbonato e precipitou o Ca2+ . O tubo I foi filtrado novamente para outro tubo (tubo III). Ao adicionar sabão no tubo II e no tubo III observou-se então que no tubo II (não foi fervido), espumou menos, pois o cálcio reage com sabão e não forma espuma, ou seja, apresenta dureza, e no tubo III espumou mais pois não apresenta dureza.
A dureza temporária pode ser eliminada pela fervura, o que expulsa o CO2 e desloca o equilíbrio. Assim, os bicarbonatos se decompõem aos carbonatos, precipitando o carbonato de cálcio. Se este for filtrado ou for removido por sedimentação, a água estará livre da dureza. Os bicarbonatos de cálcio e de magnésio, que também são responsáveis pela alcalinidade, causam a dureza chamada temporária, que pela ação de calor ou de substâncias alcalinas geram a precipitação dos carbonatos destes íons.Carbonatos de Ca e Mg são virtualmente insolúveis, e a presença de CO2converte-se em bicarbonatos (solúveis)
 CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O(l) → Ca(HCO3)2(aq)
MgCO3(s) + CO3(s) + H2O(l) → Mg(HCO3)2(aq)
 Dureza Permanente 
No experimento para observar a dureza permanente o tubo de ensaio I onde foi adicionado o sulfato de magnésio ao carbonato de cálcio não ocorreu nenhuma reação aparente ou mudança de coloração. Quando a solução é filtrada para o tubo de ensaio III o carbonato de magnésio fica retido no filtro, e o que fica no tubo de ensaio é apenas o sulfato de sódio. Quando adicionado o sabão no tubo de ensaio III, pode-se observar que o sabão reage muito mas nesta solução do que no tubo de ensaio II, pois, no tubo III não apresenta dureza. O tubo de ensaio II 2 contém íons de Mg2, ou seja, apresenta dureza. Ao repetimos o experimento com detergente notamos que o tubo de ensaio filtrado apresenta mais sabão e o que não foi filtrado menos sabão, ou seja, o filtrado apresenta íons de sódio (Na+) que não afetam a capacidade dos sabões de produzir espuma. O tubo que contém sulfato de magnésio não reage com sabão pois apresenta dureza. A diferença entre o sabão e o detergente é que o detergente é mais efetivo, e mais solúvel, ou seja, não forma precipitados
A dureza temporária é decorrente da presença de Mg(HCO3)2 . Ela é chamada de temporária porque pode ser eliminada pela fervura, o que expulsa o CO2 e desloca o equilíbrio. Assim, os bicarbonatos se decompõem aos carbonatos, precipitando o carbonato de cálcio. Se este for filtrado ou for removido por sedimentação, a água estará livre da dureza. A dureza permanente não pode ser eliminada por fervura. Esta decorre principalmente da presença de MgSO4 ou CaSO4 na solução. Pequenas quantidades podem ser obtidas em laboratório por destilação ou passagem através de uma coluna de resina de troca-iônica, onde os íons Ca2+ e Mg2+ são substituídos por Na+. Os íons de sódio não afetam a capacidade dos sabões de produzir espuma. 
A dureza permanente não pode ser eliminada por fervura. Esta decorre principalmente da presença de MgSO4 ou CaSO4 na solução. Os íons de sódio não afetam a capacidade dos sabões de produzir espuma.
CONCLUSÃO 
	A dureza da água em termos de Ca+ e Mg+. A dureza da água é dada pela quantidade de sais alcalinos-terrosos que contém, principalmente cálcio e magnésio. Poderá ser dividida em dois tipos: dureza permanente, provocada pelos sulfatos, fosfatos e outros sais de cálcio e magnésio; e dureza temporária, provocada pelos bicarbonatos de cálcio e magnésio. A soma destes dois tipos de dureza dá-nos a dureza total, A remoção da dureza da água pode ser realizada por adição de substâncias amolecedoras ou por fervura
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Lee, J. D. Química inorgânica não tão concisa. Tradução da 5ª ed.
	MOTHEO, Arthur de Jesus. GABRIEL, Juliana Ribeiro. JOHANSEN, Herbert Duchatsch. MORAES, Marli Leite. Experimentos de Química Geral. Editora IQSC. São Carlos, 2006.
VOGEL, Arthur I. Química Analítica Qualitativa. 6. ed. São Paulo, LTC editora. Pág. 117.
Inglesa. Editora Edgard Blücher Ltda. pp. 24, 217, 360-370. 1999.