Carga Poluidora - Material de Apoio II
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Carga Poluidora - Material de Apoio II

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GERÊNCIA EDUCACIONAL DOS RECURSOS NATURAIS

ÁREA DE MEIO AMBIENTE

CURSO DE TECNOLOGIA EM GESTÃO AMBIENTAL

NOTAS DE AULA DE
POLUIÇÃO DAS ÁGUAS:

CÁLCULOS APLICADOS AO SANEAMENTO AMBIENTAL

PROFESSOR: ANDRÉ CALADO

Natal \u2013 2007.2

Capítulo 6
1. Unidades de concentração
A concentração química é uma das mais importantes determinações em quase os aspectos de
degradação, transporte e tratamento, em sistemas ambientais e na engenharia. A concentração
é a força motora que controla o movimento químico dentro e entre diferentes ambientes, bem
como as taxas com que as reações ocorrem. Também, a severidade de efeitos adversos, tais
como a toxicidade e bioconcentração, são freqüentemente controladas pela concentração.

Concentrações químicas podem ser expressas por uma variedade de unidades, sendo a sua
escolha definida pela localização (amostras de ar, água, solo/sedimento, etc.), e como a
medida será utilizada. Os prefixos mais importantes a saber incluem pico (p, 10-12), nano (n,
10-9), micro (µ, 10-6), mili (m, 10-3), e kilo (k, 103).

1.1. Unidades de concentração de massa
1.1.1. Unidades de massa/massa
Concentrações massa/massa são comumente referidas como partes por milhão (ppm), partes
por bilhão (ppb), etc. Por exemplo, 1 mg de um soluto colocado em 1 kg de solvente resulta
numa concentração de 1 ppmm. Partes por milhão em massa (ppm ou ppmm) é definido como
o número de unidades de massa do produto químico por um milhão de unidades de massa
total.

totalmassadegporelementodomassadegppmm
610= (eq. 1)

610×=
total

i
m m

m
ppm (eq. 2)

O fator 106 na equação 2 é o fator de conversão. Ele tem a unidade de ppmm/fração de massa
(fração de massa = mi/mtotal) conforme apresentado na equação 3.

massadefração
ppm

m
m

ppm m
total

i
m

610×= (eq. 3)

Exemplo 6.1: Concentração em solo
Uma amostra de 1 kg de solo é analisada para a determinação de tricloroetileno (TCE). O
resultado apontou para uma concentração de 5,0 mg de TCE. Qual a concentração de TCE em
ppmm e ppbm.

Solução:

mm ppbppmsolog
TCEg

solog
TCEg

solokg
TCEmgTCE 000.5510105

1000
005,0

1
5 66 ==××===

\u2212

1.1.2. Unidades de massa/volume: mg/L e µg/m3
Na atmosfera é comum o uso de concentrações em unidades de massa/volume de ar tais como
mg/L, mg/m3 e µg/m3. Em água, são mais comuns as unidades mg/L e µg/L. Para a maioria
dos sistemas aquosos, ppmm é equivalente a mg/L, visto que a densidade da água pura é
aproximadamente 1.000 g/L. Além disso, esta afirmação só é válida para soluções diluídas,
onde o material dissolvido não contribui significativamente para a massa de água, e a
densidade permanece aproximadamente 1.000 g/L.

Exemplo 6.2: Concentração em água.

Em um litro de água foi encontrado 5,0 mg de TCE. Qual a concentração de TCE em mg/L e
ppmm?

Solução:

 Lmg
OHL

TCEmgTCE /0,5
1

5

2

==

 Para converter o resultado em ppmm é necessário transformar o volume de água em massa de
água dividindo o resultado pela sua densidade, aproximadamente 1000 g/L.

m
m ppm

massadefração
ppm

totalg
gTCE

totalg
TCEmg

OHLg
OHL

OHL
TCEmgTCE 0,510100,5

1000
0,5

/1000
1

1
5 66

2

2

2

=××==×=
\u2212

Exemplo 6.3: Concentração no ar.

Qual a concentração de monóxido de carbono (CO) expressa em µg/m3 em uma mistura de 10
litros de gás que contém 10-6 moles de CO?

Solução:

33

3666 28001010
10

102828
10
100,1

m
g

m
L

g
g

totalL
COg

COmol
COg

totalL
molCOCO µµ =×××=××=

\u2212\u2212

1.2. Unidades volume/volume e mol/mol
Unidades em fração de volume ou fração de mol são muito utilizadas para concentrações de
gás. A unidade de fração de volume mais utilizada é ppmv (partes por milhão em volume)
sendo definida como:

610×=
total

i

V
V

ppmv

1.2.1. Conversão de ppmv para µg/L
A Lei Ideal dos Gases pode ser utilizada para converter concentrações massa/volume para
volume/volume. A Lei segue a fórmula a seguir:

nRTPV =

Onde R, a constante universal dos gases, pode ser expressa de diversas formas. Entre as mais
comuns temos: 0,08205 L-atm/mol-K; 8,205 x 10-5 m3-atm/mol-K; 82,05 cm3-atm/mol-K.

A Lei Ideal dos Gases afirma que o volume ocupado por um dado número de moléculas de
um gás é o mesmo, qualquer que seja o seu peso molecular ou composição, desde que a
pressão e a temperatura sejam mantidas constantes. Em condições padrões (P = 1 atm, T =
273,15 K), um mol de qualquer gás puro ocupa 22,4 L.

Exemplo 6.4: Concentração de gás em fração de volume.

Uma mistura de gás contém 0,001 mol de dióxido de enxofre (SO2) e 0,999 mol de ar. Qual a
concentração de SO2 expressa em ppmv?

Solução:

6102 ×=
total

SO

V
V

ppmv

Deve-se converter o número de moles de SO2, e o total para volume usando a Lei dos Gases
Ideais:

P
RTSOmolVSO ×= 2001,02

P
RTTotalmol

P
RTTotalmolVTotal ×=×+= 1001,0999,0(

Substituindo os termos em ppmv obtemos:

vppm

P
RTTotalmol

P
RTSOmol

100010
1

001,0
6

2 =×
×
×

=

Exemplo 6.5: Conversão de concentrações gasosas entre ppb e µg/m3.
A concentração de 100 ppbv de SO2 foi determinada em uma amostra. Qual a concentração
em µg/m3? Considere a temperatura de 28oC e pressão de 1 atm.
Solução:

Deve-se usar a Lei Ideal dos Gases para converter volume de SO2 para moles de SO2,
resultando em moles/L. Esse resultado pode ser convertido para µg/m3 utilizando o peso
molecular do SO2 (64 g).

ardesoluçãom

SOmppbv 39
2

3

10
100100 =

Em seguida converte-se o volume de SO2 em unidades de massa em duas etapas. Primeiro
deve-se converter o volume para número de moles na temperatura e pressão adotadas:

RT
P

ardesoluçãom
SOm ×39 2

3

10
100

( ) arm
SOmoles

K
molK

atmm
atm

ardesoluçãom
SOm

3
2

6

3
5

39
2

3 1005,4

2815,27310205,8

1
10

100 \u2212

\u2212

×=
+×\u239f\u239f\u23a0

\u239e
\u239c\u239c\u239d
\u239b×

×

No segundo passo o número de moles de SO2 deve ser convertido para massa de SO2
utilizando o peso molecular do SO2:

3

6

2

2
3

2
6 26010641005,4

m
g

g
g

SOmol
SOg

arm
SOmoles µµ =×××

\u2212

OBS: Com base no exemplo acima podemos utilizar a fórmula a seguir para converter
unidades de µg/m3 em ppmv:

RT
PPppm

m
g

Mv
1000

3 ××=µ
Onde PM é o peso molecular, R = 0,08205 L-atm/mol-K, T = temperatura em graus Kelvin e
1000 é o fator de conversão (1000 L/m3).

1.2.2. Unidades mol/volume
Unidades de moles por litro (molaridade, M) são freqüentemente utilizadas para quantificar
concentrações de compostos dissolvidos em água. Molaridade é definida como o número de
moles de um composto por litro de solução. Ou seja, uma solução a 10-4 M de cobre contém
10-4 moles de cobre por litro da solução.

Exemplo 6.6: Concentração como molaridade.
Converta a concentração de TCE (5 ppmm = 5,0 mg/L) para a unidade de molaridade. O peso
molecular do TCE é 131,5 g/mol.

Solução:

Mou
L

moles
g

mol
g

g
L
TCEmgTCE

5108,3
5,131

1
1000

15 \u2212×=××= µ

Exemplo 6.7: Concentração como molaridade.

 A concentração de um herbicida (alachlor) em um rio variou entre 0,04 a 0,1 µg/L. Qual a
sua faixa de concentração em nmoles/L? O peso molecular do herbicida é 270g.

Solução:

Para o valor inferior teremos:

L
nmol

mol
nmol

g
g

g
moles

L
g 15,01010

270
04,0 96 =×××

\u2212

µ
µ

Similarmente para o limite superior encontraremos o valor de 0,37 nmol/L.

1.3. Outras unidades
1.3.1. Normalidade
A normalidade (equivalente/L) é muito utilizada na definição química da