Aula 2 Química das Aguas1

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Aula 2: Química das Águas 
 
Profa. Lilian Silva 
2012 
 
DISCIPLINA: QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL 
 
Química das Águas 
 Embora a maior parte do nosso planeta esteja coberta por água 
Somente uma pequena parcela da mesma é utilizável na grande maioria das 
atividades humanas 
Os oceanos e mares constituem 97,2% da água existente na Terra, cobrindo 
71% de sua superfície 
Além disso, existem as águas presentes na neve, nas geleiras, no vapor 
atmosférico, em profundidades não acessíveis, entre outras, que não são 
aproveitáveis 
A quantidade de água livre sobre a Terra atinge 1.370 milhões de Km3 
Dessa quantidade, apenas 0,6% de água doce líquida se torna disponível, 
naturalmente, correspondendo a 8,2 milhões de Km3 
 
Química das Águas 
Dessa quantidade, apenas 0,6% de água doce líquida se torna disponível, 
naturalmente, correspondendo a 8,2 milhões de Km3 
Somente 1,2 % se apresentam 
sob a forma de rios e lagos 
 
98,8% constituído de água 
subterrânea 
Restam 98.400 Km3 nos rios e lagos Somente a metade é utilizável, uma 
vez que a outra parte está situada 
abaixo de uma profundidade de 800 
Km, inviável para captação pelo 
homem 
0,3% do total de água livre no 
Planeta 
4.050.800 Km3 de mananciais 
subterrâneos 
Química das Águas 
A distribuição da água é extremamente desigual e não está de acordo, na 
maioria dos casos, com a população e as necessidades para a indústria e a 
agricultura 
A maior parte da Terra tem déficit de recursos hídricos, porque predomina a 
evaporação potencial sobre a precipitação 
Além da má distribuição e das perdas, deve ser considerada a crescente 
degradação dos recursos hídricos, resultado da ação antrópica, tornando 
parte da água imprópria para diversos usos 
Assim, muitas regiões do mundo apresentam problemas realcionados com a 
água 
Escassez Qualidade inadequada da 
mesma 
Química das Águas 
É importante entender os tipos de processos químicos que ocorrem em 
águas naturais e como a ciência e o uso da química podem ser 
empregadas para purificar a água destinada ao consumo humano. 
Duas categorias de reações mais comuns em águas naturais: 
 
1) Reações ácido-base; 
2) Reações redox. 
Os fenômenos ácido-base e de solubilidade controlam as concentrações dos 
íons inorgânicos dissolvidos na água; 
 
O teor orgânico da água é dominado por reações redox. 
Química das Águas 
Oxigênio molecular dissolvido: É o agente oxidante mais importante em águas 
naturais 
Reações de oxidação-redução 
O Oxigênio Dissolvido 
O2 + 4H
+ + 4e-  2H2O  Semi-reação que ocorre em solução ácida: 
 Semi-reação que ocorre em solução básica: 
 
O2 + 2H2O + 4e
-  4OH- 
A concentração de oxigênio dissolvido em água é baixa (8,7 ppm à 250C): 
 
 O2(g) O2(aq) 
 
Os peixes necessitam de água que contenha pelo menos 5ppm de oxigênio 
dissolvido para manter-se vivos. 
 
Química das Águas 
Demanda de Oxigênio 
Substância mais habitualmente oxidada pelo oxigênio dissolvido em água: 
matéria orgânica de origem biológica (plantas mortas e restos de animais) 
CH2O(aq) + O2(aq)  CO2(g) + H2O(aq) 
Carboidrato 
(fibras de plantas) 
A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de água natural 
em consumir oxigênio é chamada demanda bioquímica de oxigênio (DBO). 
C 
Avaliação das concentrações de oxigênio dissolvido antes e após um 
período durante o qual uma amostra selada de água é mantida no escuro à 
temperatura constante (200C ou 250C) 
A DBO é igual à quantidade de oxigênio consumida como resultado da 
oxidação da matéria orgânica dissolvida da amostra. 
Química das Águas 
Determinação mais rápida da demanda de oxigênio pode ser feita pela 
avaliação da demanda química de oxigênio, (DQO), de uma amostra de 
água. 
O íon dicromato, Cr2O7
2-, é dissolvido em ácido sulfúrico: poderoso agente 
oxidante. 
 Cr2O7
2- + 14H+ + 6e- 2Cr3++ 7H2O 
 
Outras duas medidas para determinar a quantidade de substâncias orgânicas 
presentes em águas naturais: 
 
COT: caracterizar a matéria orgânica dissolvida e em suspensão em água 
natural; 
 
COD: caracterizar apenas o material orgânico que está realmente dissolvido. 
Exemplos: carboidratos (mais abundantes), proteínas e aldeídos de baixa MM, 
cetonas e ácidos carboxílicos. 
 
Química das Águas 
Decomposição Anaeróbica de Matéria Orgânica em Águas Naturais 
 Quando as bactérias apropriadas estão presentes, a matéria orgânica 
dissolvida na água decompõe-se sob condições anaeróbicas: águas 
estagnadas (pântanos) e na parte inferior de lagos profundos. 
 2CH2O CH4 + CO2 
bactérias 
matéria orgânica metano dióxido de 
 carbono 
Química das Águas 
Drenagem Ácida de Mina 
 
 Reação que acontece em minas subterrâneas 
FeS2 (pirita ferruginosa ou “ouro dos trouxas”): componente estável e insolúvel 
das rochas subterrâneas enquanto não entra em contato com o ar 
Como resultado da mineração de carvão e outras substâncias parte dele é 
exposta ao oxigênio 
Torna-se parcialmente solubilizado em consequência de sua oxidação 
4 FeS2 + 15 O2 + 2 H2O  4 Fe
3+ + 8SO4
2- + 4 H+ 
 
2 Fe2(SO4)3 + 2 H2SO4 
 
Química das Águas 
O íon Fe3+ é solúvel em água altamente ácida que é produzida 
inicialmente ( pH pode ser tão baixo quanto zero) 
 
Uma vez que a drenagem da água altamente ácida da mina torna-se 
diluída, elevando o pH, forma-se um precipitado de Fe(OH)3, marrom-
alaranjado que colore a água e seu curso 
 
Vazamento de grandes quantidades de água acidificada e de sólidos de 
coloração ferrugem 
O ácido concentrado pode liberar metais pesados tóxicos dos minérios 
presentes na mina, provocando mais poluição 
Química das Águas 
Nitratos e Nitritos em Alimentos e Água 
Recentemente manifestou-se certa preocupação com o aumento nos níveis 
do íon nitrato na água potável 
 
O excesso de nitrato na água potável constitui um risco para a saúde: pode 
resultar em metemoglobinemia 
Bebês recém-nascidos e adultos com uma determinada deficiência 
enzimática 
Bactérias presentes em mamadeiras que não são esterelizadas ou no 
estômago do bebê, reduzem parte do nitrato para nitrito: 
NO3
- + 2 H+ + 2 e-  NO2
- + H2O 
Íon nitrato Íon nitrito 
O nitrito combina-se com a hemoglobina do sangue e promove sua oxidação 
Impedindo a absorção e o transporte adequados do oxigênio para as células 
Química das Águas 
O bebê torna-se azul e sofre insuficiência respiratória 
Síndrome do Bebê Azul 
Relativamente rara em países industrializados , mas ainda é um 
problemas em países em desenvolvimento 
Constatado um aumento no risco do aparecimento de linfoma do tipo não-
Hodgkin em pessoas que bebem água potável com níveis mais elevados de 
nitrato em algumas comunidades de Nebraska 
 
 Excesso de íons nitrato na água potável é também problemático: potencial 
relação com o câncer de estômago. 
Química das Águas 
Parte dos íons nitrato convertidos à íons nitrito no estômago 
Nitrosaminas nos Alimentos e na Água 
Alguns cientistas têm advertido que o excesso de íons nitrato na água 
potável e nos alimentos pode levar a um aumento na incidência de câncer 
de estômago em seres humanos 
Nitritos poderiam reagir com aminas para produzir N-nitrosaminas: ação 
carcinogênica em animais 
Aminas em que dois grupos orgânicos e uma unidade –NO estão ligados aonitrogênio central: 
Química das Águas 
 N-nitrosodimetilamina: é de interesse não apenas no que diz respeito a 
sua produção no estômago e a sua ocorrência em alimentos e 
bebidas(queijos, bacon frito, carne e peixe defumado e/ou curado e 
cerveja) 
Poluente ambiental da água potável: carcinógeno potente 
 
Líquido orgânico parcialmente solúvel em água e em solventes orgânicos 
 
 
Química das Águas 
A Química Ácido-Base em Águas Naturais 
O Sistema CO2/Carbonato 
A química ácido-base de muitos sistemas aquáticos naturais, incluindo rios e 
lagos, é denominada pela interação CO3
2- com o ácido fraco H2CO3. 
 CO3
2-
(g) + H2O(aq) H2CO3(aq) 
 
 O H2CO3 resulta da reação acima e da decomposição da matéria orgânica 
na água. 
H2CO3 H
+ + HCO3
- 
 
CaCO3(s) Ca
2+ + CO3
2- 
 
Fonte predominante de íon carbonato são as rochas calcárias: constituídas 
em grande medida por CaCO3 
 
Embora CaCO3 seja quase insolúvel em água, uma pequena quantidade dele 
dissolve-se em contato com a água: 
As águas naturais expostas ao calcário são chamadas de águas calcárias. 
Química das Águas 
CO3
2- + H2O HCO3
- + OH- 
 
O íon carbonato dissolvido atua como base, produzindo na água íons 
bicarbonato e hidróxido: 
Química das Águas 
Índice de Dureza em Águas Naturais 
Mede certos cátions importantes presentes em amostras de águas naturais 
Mede a concentração total de íons Ca2+ e Mg2+: espécies que são as 
principais responsáveis pela “dureza” da água de abastecimento 
Dureza = [Ca2+] + [Mg2+] 
A maior parte do cálcio entra na água através de CaCO3, na forma de 
calcário, ou por depósitos minerais de CaSO4 
A fonte da maioria do magnésio é o calcário “dolomítico”, CaMg(CO3)2 
Pessoas que habitam em áreas de águas duras apresentam um índice 
médio de mortalidade por doenças cardíacas menor do que as pessoas que 
vivem em áreas com águas muito noles 
Química das Águas 
Suprimento de íon magnésio para o organismo 
Proteção que a água dura possa proporcionar devido à presença de outros 
íons (sódio e íons de metais pesados) 
Química das Águas 
Principais usos da água: 
 
-Abastecimento humano; 
-Abastecimento industrial; 
-Irrigação; 
-Dessedentação de animais; 
-Recreação; 
-Harmonia paisagística; 
-Geração de energia elétrica; 
-Conservação da flora e fauna; 
-Navegação; 
-Pesca; 
-Diluição e assimilação de despejos. 
Química das Águas 
O consumo de água tende a crescer 
Aumento da população Desenvolvimento industrial e 
outras atividades humanas 
Cada vez mais se retira água dos mananciais e se produzem resíduos líquidos, 
os quais voltam para os recursos hídricos, alterando sua qualidade 
Para cada uso da água, há necessidade de que a mesma tenha uma 
determinada qualidade 
A água de beber deve obedecer a critérios mais rígidos do que a utilizada na 
recreação ou para fins paisagisticos 
A qualidade desejável para a água usada na irrigação varia em função dos 
tipos de culturas onde será aplicada, se alimentícias ou não 
Química das Águas 
 Alguns usos provocam alterações nas características da água, tornando-a 
imprópria para outras finalidades. 
A recreação pode modificar a qualidade da água, prejudicando o recurso 
humano 
A irrigação com o uso de fertilizantes e pesticidas, pode provocar a 
poluição de mananciais (fontes de água, superficiais ou subterrâneas, 
utilizadas para abastecimento humano e manutenção de atividades 
econômicas), causando prejuízos e outros usos. 
A água utilizada para diluir despejos, mesmo tratados, torna-se 
imprópria para o consumo humano e para outros fins 
Química das Águas 
Observa-se que há necessidade do manejo adequado dos recursos 
hídricos, compatibilizando-se os seus diversos usos de forma a garantir a 
água na qualidade e na quantidade desejáveis aos diversos fins 
DESAFIO: A humanidade deve saber aproveitar seus recursos hídricos, 
de forma a garantir os seus múltiplos usos, hoje e sempre 
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA 
CICLO DA ÁGUA 
 
A àgua circula entre o meio físico e os seres vivos, continuamente, 
constituindo o denominado ciclo hidrológico. 
 
Quantitativamente, a água representa o constituinte inorgânico mais abundante 
na matéria viva. 
 
O ciclo hidrológico é constituído pela transferência de água da atmosfera, 
passagem por várias fases e volta à atmosfera. 
 
 
A água evaporada dos mares, lagos, rios, pântanos, vegetais e animais 
formam as nuvens, as quais, alcançando regiões mais frias, condensam-se e 
caem na forma de chuvas (precipitação). 
 
 
 
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA 
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA 
CICLO DA ÁGUA 
A água precipitada pode escoar sobre a superfície (escoamento 
superficial), formando os oceanos, lagos e rios, ou infiltrar-se no solo 
(infiltração), recarregando os mananciais. 
 
Nesse percurso, a água pode evaporar diretamente para a atmosfera ou ser 
captada pelos seres vivos (vegetais e animais). 
 
Os vegetais absorvem a água do solo pelas raízes e a perdem pela 
transpiração. 
 
Os animais obtêm a água diretamente do meio físico ou através alimentos, 
e a perdem por transpiração, respiração e excreção. 
 
O homem tem interferido no ciclo da água, através de mudanças no seu 
escoamento (barramentos), desmatamentos, impermeabilização do solo, 
entre outras atividades. 
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA 
CICLO DA ÁGUA 
O ciclo hidrológico, através da evaporação das águas oceânicas e da 
precipitação, principalmente, é responsável pela reposição da água doce 
encontrada no planeta. 
 
 A ocorrência de chuva no planeta se dá de forma bastante diferenciada. 
 
Densas 
florestas 
Desertos 
Especialistas acreditam que dentro de cerca de 20 anos, no máximo, teremos 
no mundo uma crise semelhante à do petróleo, em 1973, relacionada com a 
disponibilidade de água de boa qualidade. 
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NA TERRA 
BRASIL 
 
 
Possui 12% da água disponível no mundo 
 
 
Cabe ressaltar que 80% de todo volume de águas superficiais disponíveis no 
país se encontram na região amazônica 
 
 
Os 20% restantes estão distribuídos por todo o país, de maneira 
pouco uniforme, e se destinam a abastecer aproximadamente 95% da 
população brasileira 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
 Tão ou mais importante que a questão envolvendo a quantidade de água 
disponível, apresenta-se também a questão da qualidade da água disponível. 
 
POLUIÇÃO: Qualquer substância que possa tornar o ambiente impróprio, 
nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos 
materiais, à fauna, à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da 
propriedade e às atividades normais da comunidade. 
 
 
Não se restringe somente à ocorrência de doenças no homem 
 
 
Qualquer alteração de um ambiente (ar, água, solo) que resulte em prejuízos 
aos organismos vivos ou prejudique um uso previamente definido para ele. 
 
 
POLUENTE: Qualquer substância causadora de poluição 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
 A poluição das águas é principalmente fruto de um conjunto de atividades 
humanas. 
 
Poluentes alcançam águas superficiais e subterrâneas de formas bastante 
diversas. 
 
 Este aporte é classificado como pontual ou difuso para efeito de legislação 
 
Fontes pontuais: descarga de efluentes a partir de indústrias e estações de 
tratamento de esgoto, derramamentos acidentais, atividades de mineração, 
enchentes, etc. 
 
Estas fontessão de identificação bastante fácil, e, portanto, podem ser 
facilmente monitoradas e regulamentadas. 
Impacto ambiental causado por elas 
É possível se responsabilizar o agente poluidor 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
Fontes difusas: escoamento superficial urbano, escoamento superficial das 
áreas agrícolas, trabalhos de construção, etc. 
Elas se espalham por inúmeros locais e são particularmente difíceis de serem 
determinadas, em função das características intermitentes de suas descargas 
e também da abrangência sobre extensas áreas 
Existem duas estratégias adotadas no controle da poluição: (1) redução na 
fonte e (2) tratamento dos resíduos de forma a remover os contaminantes ou 
ainda convertê-los a uma forma menos nociva 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
Primeiras evidências da relação entre doenças e o consumo de água poluída 
Metade do século passado em Londres: Epidemia de Cólera 
Sabe-se hoje que a água é um dos principais vetores de transmissão de 
doenças. 
 Cólera e tifo mataram milhões de pessoas no passado e ainda o fazem ao 
redor do globo, especialmente nos países subdesenvolvidos. 
Os poluentes aquáticos mais sérios são os microorganismos patogênicos 
(causadores de doenças e mortes) 
Frequentemente presentes nos excrementos dos seres humanos e de animais, 
podendo ser bactérias, vírus e parasitas, etc. 
Através das águas residuárias, os microorganismos aportam em corpos 
aquáticos receptores e podem assim contaminar novos indivíduos 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
•Medidas de saúde pública para minimizar os efeitos de doenças 
especialmente nos países desenvolvidos e em desenvolvimento: 
1- Tratamento e desinfecção da água destinada ao abastecimento público; 
2 – Coleta e tratamento do esgoto. 
 
Muitas pessoas atribuem o aumento da expectativa de vida da população 
mundial à medicina moderna 
Esta melhora é muito mais fruto da prevenção de doenças, que se tornou 
possível através das medidas mencionadas anteriormente 
Apesar disto, cerca de 1,4 bilhão de pessoas em todo o mundo ainda não 
têm acesso à água potável tratada 
E 2,9 bilhões de pessoas vivem em áreas sem que haja coleta ou tratamento 
de esgoto 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
•Outra forma de poluição de águas superficiais, especialmente lagos e 
reservatórios, é a eutrofização artificial 
Estes corpos aquáticos sofrem um processo de enriquecimento de nutrientes, 
principalmente fósforo e nitrogênio 
Descarga de esgoto não tratado e de resíduos agrícolas e industriais têm 
contribuído para acelerar este processo 
Lagoas da Pampulha, em Belo Horizonte, assim como o Lago Paranoá, em 
Brasília, são exemplos de corpos aquáticos eutrofizados 
O aporte excessivo de nutrientes tais como fósforo e nitrogênio provoca o 
crescimento descontrolado de algas 
Geração de biomassa maior que aquela que o sistema poderia naturalmente 
controlar 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
 Crescimento excessivo na população e sua posterior degradação no corpo 
aquático gera uma demanda de oxigênio grande 
Provoca a morte de animais aquáticos (peixes) e também a proliferação de 
organismos anaeróbios 
Em seu estágio final, estes lagos e reservatórios produzem compostos mal-
cheirosos e altamente tóxicos para a biota 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
Milhões de toneladas de compostos orgânicos sintéticos são 
produzidos globalmente 
Largamente empregados na produção de plásticos, fibras sintéticas, borracha 
sintética, solventes, pesticidas, agentes preservantes de madeira, etc. 
Em função de sua estrutura química, muitos destes compostos são resistentes 
à biodegradação (após mineralização eles não se tornam inorgânicos) 
Esta é, inclusive, uma das principais propriedades que tornam tais compostos 
de grande utilidade 
Inúmeros destes compostos são considerados poluentes aquáticos e se 
constituem em substâncias às quais a biota aquática ainda não foi exposta 
Efeitos destes compostos sobre os mais variados tipos de organismos 
aquáticos ainda são totalmente desconhecidos (exposições prolongadas e 
concentração muito baixa) 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
Muitos deles podem ser mutagênicos (causadores de mutação), 
cancerígenos ou ainda teratogênicos (causadores de defeitos em recém-
nascidos) 
 
Podem ainda causar disfunções nos rins e fígado e fígado, esterilidade e 
inúmeros problemas de natureza fisiológica ou ainda neurológica. 
 
Exemplos: 
1 – Substâncias plásticas de grande utilização doméstica industrial; 
 
2 – No caso da poluição da água: substâncias chamadas tensoativas 
(detergentes sintéticos) que apresentam ligações sulfônicas extremamente 
resistentes às ações químicas ou biológicas 
Vantajosa para a indústria: armazenamento por tempo indefinido; 
Limpeza é facilitada, mas resistência à deterioração pode interferir no 
equilíbrio ecológico: mortandade de insetos e organismos aquáticos. 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
•A presença de compostos orgânicos persistentes é causa de grande 
preocupação 
Principalmente quando são encontrados em águas destinadas ao 
abastecimento público 
Entre os compostos orgânicos sintéticos, uma classe preocupante são os 
hidrocarbonetos halogenados 
Os hidrocarbonetos clorados são os mais comuns: vastamente empregados na 
indústria de plásticos 
1 – Indústria de plásticos: cloreto de polivinila – PVC; 
2 – Pesticidas (DDT); 
3 – Solventes (tetracloroetileno) 
4 – Isolamento elétrico (bifenilas policloradas), etc. 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
•Outra classe de substâncias químicas que não se degradam no ambiente são 
as metais pesados. (Resolução CONAMA, n0 344 de 2004 ) 
Pesticidas: conversão para estruturas não tóxicas através de processos 
químicos ou ainda biológicos 
Metais pesados: o elemento e intrinsecamente tóxico, cuja toxidez depende da 
espécie química formada pelo metal 
Metais pesados mais perigosos: chumbo, mercúrio, arsênio, cádmio, estanho, 
cromo, zinco e cobre 
Largamente utilizados na indústria, presentes em determinados pesticidas e 
até mesmo em medicamentos, usados em pigmentos, esmaltes, tintas e 
corantes 
Aportam em sistemas aquáticos por várias fontes e espécies diferentes 
QUALIDADE E POLUIÇÃO DA ÁGUA 
Exemplo: Sais como Hg(NO3)2 são bastante solúveis e se estiverem presentes 
em água o íon Hg(II) permanecerá em solução e sua concentração deve ser 
elevada 
Exceto se ânions como o sulfeto também estiverem presentes, pois o HgS é 
uma espécie bastante insolúvel e deve se depositar nos sedimentos de corpos 
aquáticos 
Os compostos orgânicos contendo mercúrio (ligações covalentes C-Hg) são 
muito mais tóxicos para os mamíferos que os sais simples de Hg(II) 
 
 
Referências bibliográficas 
1 - http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf. Acessado em 
13/11/12. 
 
2 – BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, 2002, p. 441-481. 
 
 3 - http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf. Acessado em 
13/11/12.