QUIMICA GERAL RELATÓRIO DE PRATICA EM LABORATÓRIO JAR TEST

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE 
SANTA CATARINA
CURSO BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA
	
QUÍMICA GERAL 
PRÁTICA 06 – JAR TEST
22/11/2017
Por: Thiago Antônio Krüger
Andrés González Espíndola
Juliano Carlos Adams
Léo Silva
Lucas Eduardo Borges
Marcos Vinicius Leandro
Muriel Machado
Professor: Marcelo H.P. Padilha
Joinville, Novembro de 2017
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	3
2 QUESTIONÁRIO LABORATÓRIO	4
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO	7
4 CONCLUSÃO	10
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 	11
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1 INTRODUÇÃO
Na prática desenvolvida no laboratório da UFSC/CEM, no dia 22 de Novembro de 2017, pela matéria de Química Geral do IFSC-Joinville ,aula ministrada pelo Prof. Marcelo H.P. Padilha, realizamos um experimento de Jar Test, na qual estava relacionada ao assunto de tratamento de água. No experimento apresentado neste relatório teve-se por objetivo a determinação da melhor concentração de sulfato de alumínio para o controle da cor e turbidez.Utilizando-se de métodos manuais para a realização do procedimento de Jar Test, que têm por finalidade a simulação das condições de uma estação de tratamento de água, ou seja, a mistura rápida, mistura lenta e a decantação em seus respectivos tempos.
2 QUESTIONÁRIO LABORATÓRIO 
Descreva resumidamente as etapas realizadas em uma Estação de Tratamento de Água.
R: O tratamento da água envolve diversas etapas. São elas:
Captação: Inicialmente a água é captada de um rio, lago ou represa, por exemplo, por meio de uma adutora (conjunto de tubos), que traz a água para um tanque na estação de tratamento. Ao chegar à estação de tratamento, a água passa por grandes grades, que impedem que materiais grandes continuem na água, como animais mortos.
Coagulação: A água que está armazenada no tanque recebe a adição de um sal chamado de sulfato de alumínio ou sulfato férrico. Esses compostos formam uma substância gelatinosa que favorece a formação de flocos (junção das impurezas na substância gelatinosa).
Floculação: Nessa etapa, a água é direcionada para outro tanque, onde será adicionado um polímero que favorecerá que os flocos formados na etapa de coagulação juntem-se e formem flocos ainda maiores e mais pesados.
Decantação: Após a floculação, a água é direcionada para um novo tanque, onde ela permanecerá em repouso para que os flocos formados sejam decantados para o fundo do tanque, haja vista que eles são mais densos que a água.
Filtração: após a decantação, a água atravessa um grande filtro formado por areia, carvão ativado e cascalho. Nessa etapa, as impurezas que não aderiram aos flocos ficam retidas no filtro, além de a água sofrer uma desodorização pela presença do carvão ativado.
Fluoretação: Nessa etapa, é adicionada à água uma quantidade de ácido com flúor, o Ácido Fluossilícico (H2SiF6), para auxiliar na redução de cáries na população.
Cloração: Além da adicção de Flúor, o Cloro também é adicionado à água, na forma de sal, com o objetivo de eliminar os micro-organismos presentes.
Correção do pH ou acidez da água: Nessa etapa, é adicionada à água hidróxido de cálcio para diminuir a acidez do meio.
Armazenamento: Por fim, a água é armazenada em um reservatório e distribuída para as residências.
Qual a função do Jar Test?
R: O aparelho Jar-Test é um equipamento de laboratório utilizado no ensaio de floculação, processo utilizado nas estações de tratamento de água e que faz as partículas finas de areia e argila presentes na água se juntarem, formando partículas maiores, facilitando sua purificação.
A finalidade do ensaio de floculação, feito pelo Jar-Test é determinar as dosagens ótimas dos reagentes (sulfato de alumínio, soda e polieletrólito) e determinar o pH ótimo de floculação. A determinação das dosagens ótimas é feita por tentativa e comparação, análises feitas através do Jar-test que permite a execução de até 6 ensaios simultâneos.
A amostra de água utilizada, chamada de água bruta deve ser recolhida na caixa de chegada após a pré-cloração e antes do ponto de aplicação dos reagentes floculantes.
O aparelho Jar-Test possui número de até 6 provas, cada prova tendo até 2 litros, dependendo do modelo do equipamento, além de possibilitar ao usuário o controle digital de velocidade.
Para atingir os efeitos esperados, recomenda-se que a agitação inicial seja intensa, o que propicia uma mistura rápida entre os reagentes para que se abrevie o início de formação dos flocos. Logo a seguir, a velocidade deve ser moderada para boa constituição dos flocos e agregação das impurezas.
Qual a Função do coagulante? Escreva as reações químicas que ocorrem com os coagulantes sulfato de alumínio, cloreto férrico e sulfato férrico.
R: Partículas maiores, como as de areia e de outras sujeiras, depositam-se no fundo do tanque (sedimentação) e podem ser separadas facilmente da água por decantação. Mas isso não ocorre com as partículas de dimensões coloidais, ou seja, elas não se sedimentam por ação da gravidade com o passar do tempo, ficando dispersas por toda a extensão da água, o que dificulta a sua remoção.
Para remover essas partículas que não afundam, a água captada é levada para uma unidade denominada floculador onde são adicionadas à água substâncias químicas chamadas de coagulantes.
No Brasil, o coagulante mais utilizado é o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), que é obtido por meio da reação química entre o óxido de alumínio (Al2O3) e o ácido sulfúrico (H2SO4). O sulfato de alumínio é adicionado à água com o óxido de cálcio (CaO), mais conhecido como cal virgem. Quando essas duas substâncias misturam-se na água, ocorre uma transformação química que forma uma substância gelatinosa, o hidróxido de alumínio (Al(OH)3).
Essa transformação química ocorre porque, em meio aquoso, o sulfato de alumínio gera os seguintes íons:
Al2(SO4)3 → 2 Al3+ + 3 SO42-
Os íons Al3+ passam a atuar de duas formas: (1) a minoria desses cátions neutraliza as cargas negativas das impurezas presentes na água, e (2) a maioria desses cátions interage com os íons hidroxila (OH-) da água, formando o hidróxido de alumínio:
Al2(SO4)3 + 6 H2O → 2 Al(OH)3 +6 H+ + 3 SO42-
O hidróxido de alumínio está carregado positivamente e, por essa razão, consegue neutralizar as impurezas coloidais carregadas negativamente que estão na água. O resultado é que as partículas de sujeira sofrem uma aglutinação e “grudam” no hidróxido de alumínio, formando flóculos, ou flocos, sólidos de tamanho maior. Esse é o processo da floculação.
Para distribuir bem o coagulante e assim ter um tratamento mais eficiente, a água é agitada fortemente por cerca de 30 segundos e depois é agitada lentamente.
Por que, em muitos ensaios, é necessário fazer a correlação do pH das amostras de água? 
R: Reação de simples troca
Reação em que uma substância simples reage com uma substância composta. Para tal, colocamos o ácido sulfúrico em presença do alumínio metálico e temos a formação do sulfato de alumínio e gás hidrogênio.
3 H2SO4 + 2 Al(s)→ Al2(SO4)3 + 6 H2(g)
por alterar o pH da água e pelo fato de que este sal pode provocar:
irritação na pele
irritação das mucosas
se inalado, pode queimar as vias aéreas
se ingerido, pode queimar o esôfago, o estômago etc.
Medido pela concentração de íons H+, o potencial hidrogeniônico (pH), representa a intensidade da condição ácida ou alcalina do ambiente aquático. Indica, de forma indireta, a capacidade de tamponamento das águas através do equilíbrio entre íons hidróxidos e ácidos orgânicos. Influencia o grau de solubilidade de diversas substâncias, na distribuição das formas livres e ionizadas de diversos compostos e pode, inclusive, definir a toxicidade de vários elementos.
Águas que apresentam baixos valores de pH (condição ácida) podem potencializar a solubilização e liberação de metais adsorvidos em sedimentos,influenciando as concentrações de fósforo e nitrogênio e cessando a decomposição de matéria orgânica carbonácea. Salienta-se a importância do equilíbrio químico entre íons hidróxidos e ácidos orgânicos para a manutenção da vida aquática, sendo essencial a manutenção do equilíbrio carbonato/bicarbonato (CO32-/HCO3-).
A elevação dos valores de pH podem estar relacionadas a alta produtividade de algas, normalmente resultante do aporte significativo de matéria orgânica e nutrientes. O aumento de microrganismos fotossintetizantes no recurso hídrico eleva as taxas de consumo de gás carbônico (CO2), modificando o equilíbrio carbonato/bicarbonato (VON SPERLING, 1996).
A diminuição dos valores de pH, por sua vez, também pode estar relacionada ao aporte de matéria orgânica e nutrientes, principalmente espécies de possuam CO2 (ou quando da sua decomposição gera CO2), ácidos minerais e sais hidrolisados (PEREIRA, 2004). Ainda, salienta-se que a chuva ácida, quando incidente sobre o recurso hídrico, também é responsável pela diminuição do seu pH.
Mas por que se acrescentou também a cal (óxido de Cálcio)? Isso é feito para o controle do pH do meio. Para entender, olhe para a última equação química acima (letra c) que apresenta um excesso de H+. Isso constitui um problema porque torna o meio ácido (pH < 7), o que impede a formação do hidróxido de alumínio.
Assim, quando a cal é adicionada à água, ela forma o hidróxido de Cálcio (cal hidratada, cal extinta ou cal apagada):
CaO + H2O → Ca(OH)2
O hidróxido de Cálcio (Ca(OH)2) é uma base e, portanto, torna o meio alcalino ou básico, aumentando o pH do sistema.
Depois disso, essa água é levada para a próxima etapa do tratamento, que ocorre nos tanques de decantação. Lá os flóculos (formados de lama, argila e micro-organismos) sedimentam-se e são separados.
Como você prepararia a solução de sulfato de alumínio 1%? Qual a molaridade desta solução?
R: Considerando Teor de pureza 100%, 1g-100ml então para 1 litro são
10 gramas. Logo para solução pesar 10g do sal e adicionar água destilada para completar 1 litro. A molaridade primeiro o peso molecular ou massa molar do composto (Al2(so4)3) Al=(2x27) +SO4 =3x(32+64) =54+288=
342,15 g/mol. Portanto Molaridade
342,15 g/mol ÷ 10 g/L = 34.215 mol/L.
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste procedimento, cujo o objetivo primordial foi determinar a melhor dosagem de sulfato de alumínio [𝐴𝑙2(𝑆𝑂4)3] para o controle da cor e turbidez da água. O procedimento se inicia adicionando 200 ml de água turva em cada um dos quatro beckers, depois desse processo acrescentamos a solução de sulfato de alumínio em diferentes quantidades. No primeiro becker foi adicionada 1 ml de sulfato de alumínio 1%, no segundo 2 ml e no terceiro 3 ml. O quarto não se adiciona a solução (BRANCO assim chamado pelos professores), pois será utilizado para comparação (Tabela 01).
	Becker
	Quantidade de 𝑨𝒍𝟐(𝑺𝑶𝟒)𝟑 (ml)
	Resultado
	01
	1,0
	
	02
	2,0
	x
	03
	3,0
	x
	04
	branco
	x
Tabela 01 – Quantidade de Sulfato de Alumínio -Al2(SO4)3.
 Agitamos vigorosamente as amostras por 30 segundos e, em seguida, agitamos vagarosamente durante 2 minutos. Após todos esses processos citados anteriormente deixamos as soluções decantar por aproximadamente 15 minutos. 
Figura 01 – Procedimentos Jar Test. Fonte: Autor.
Com a adição da solução, percebemos o processo de coagulação, que é a desestabilização das partículas coloidais dispersas na solução e a respectiva agregação pela adição de algum agente, no caso sulfato de alumínio. Têm início no instante em que são adicionados os agentes coagulantes à água e dura apenas alguns segundos. Consiste numa série de reações físicas e químicas entre coagulantes, superfícies de partículas, substâncias presentes na água, principalmente as que geram alcalinidade (OH⁻, CO₃²⁻, HCO₃⁻) e com as moléculas de água.
Figura 02 – Adição de sulfato de alumínio [𝐴𝑙2(𝑆𝑂4)3]. Fonte: Autor.
O processo de floculação é a formação de flocos, a agregação ou a reunião de partículas já desestabilizadas na etapa de coagulação. O agente coagulante [𝐴𝑙2(𝑆𝑂4)3] deve ser misturado na água, sendo a mistura feita em floculadores.
Nesse experimento, utilizamos uma colher de plástico para a realização da floculação, ou seja, a mistura foi feita simulando as características do floculador mecânico.
A decantação ou sedimentação é um processo de separação de partículas sólidas da água. Essas partículas tendem, por meio da ação da gravidade, a cair no fundo do recipiente, por serem mais pesadas que a água. Esse processo ocorreu após agitação das amostras, onde deixamos as mesmas em repouso por aproximadamente 15 minutos, nesse tempo sofreram o processo de decantação, permanecendo ao fundo as impurezas e consequentemente deixando a água com aspecto mais claro.
O tipo realizado no experimento é por sedimentação de partículas floculantes, pois nas amostras foram adicionadas sulfato de alumínio, o que caracteriza um tratamento com substâncias químicas, aumentando o tamanho e o peso das partículas, de modo que estas se depositem ao fundo.
Através dos testes empíricos o resultado do experimento, no qual apresentou melhor cor, turbidez, menor tempo e o menor consumo de sulfato de alumínio 𝐴𝑙2(𝑆𝑂4)3, foi o primeiro becker. Essa amostra possuía apenas 1ml da solução de sulfato de alumínio, além disso apresentou melhor resultado em relação a concentração de impurezas no fundo do becker. Conforme mostra a Figura 03, podemos observar os resultados das demais amostras e compará-las:
Figura 03 – Resultado das amostras. Fonte: Autor.
	Becker
	Quantidade de 𝑨𝒍𝟐(𝑺𝑶𝟒)𝟑 (ml)
	Resultado
	01
	1,0
	
	02
	2,0
	x
	03
	3,0
	x
	04
	branco
	x
Tabela 01 – Quantidade de Sulfato de Alumínio -Al2(SO4)3.
4 CONCLUSÕES
A etapa de floculação no tratamento de água, simulada através do experimento de Jar Test deve apresentar como resultado os menores índices de turbidez possíveis, a fim de garantir a ausência de materiais particulados na água. Anteriormente à agitação, adicionam-se substâncias coagulantes, que promovem o agrupamento dos materiais particulados e posteriormente sofre a decantação dos mesmos sob a forma de flocos. Esses coloides quando agitados (no processo de floculação), se chocam e agrupam-se em flocos, ocorrendo aumento da densidade depositando-se no fundo do recipiente. A partir dos resultados das análises pode- se concluir que a concentração ideal de coagulante Sulfato de Alumínio a 1% que melhor se adequa ao tratamento de água em estudo é o da amostra 01 de 1,0 ml pois foi a que teve menor valor de turbidez, resultando em uma água mais clara.
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
BRASIL. Conama (2005). Conselho Nacional do Meio Ambiente - Conama, resolução número 357: promulgada em 17 de março de 2005.
LENZI, Ervin; LUCHESE, Eduardo B.; FAVERO, Luzia Otilia Bortotti. Introdução a Química da água / Ciência, vida e sobrevivência. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
RICHTER, Carlos; NETTO, José M. de Azevedo. Tratamento de água / Tecnologia atualizada. Edgar Blücher ltda,1991.
COSTA, Maria Isabel da Silva. Estudo de tratabilidade da água de Albufeira de Crestuma – Lever pelo processo de filtração directa.11p. Dissertação para mestrado – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, 1996.
DANTAS, Carlos Alberto Franca; MORGADO, Ayres Ferreira; PEREIRA, Nilton Cézar; CAMPREGHER, Neiva. Teste dos Jarros. Prática viabilizada pelo Projeto Fungrad 2003- processo no 322/2003 – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2004.
ROSSIN, Antonio Carlos. Disponível on-line em: <http://www.tratamentodeagua.com.br/R10/Biblioteca_Detalhe.aspx?codigo=388>. Acesso em 29/11/2017.
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas em Separação de misturas. Disponível on-line em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/floculacao.htm. Acesso em 28/11/2017.
SPBLOGLABOR,Equipamentos de laboratório.Disponívelon-line em: http://www.splabor.com.br/blog/jar-test-2/aparelho-jar-test-e-o-ensaio-de-floculacao-saiba-mais/. Acesso em 28/11/2017.
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