Alcalinidade em águas naturais

Prévia do material em texto

Relatório de prática
Vitória da Conquista
Novembro – 2014 
Determinação de alcalinidade em águas naturais
Trabalho apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, campus Vitória da Conquista, pelos alunos Luísa Passos, Rodolfo Lima e Victória Leal, pela turma 5031, para a disciplina de Química Ambiental.
 Professor Maurício Araújo
Vitória da Conquista
Novembro – 2014 
Introdução
	
	Entre outros compostos presentes na água que podem interferir em sua qualidade para uso humano ou outras finalidades, existem aqueles que têm a capacidade de reagir com ácidos, impedindo a mudança brusca do pH do meio. Esses compostos juntos dão a característica de alcalinidade da água. Conceituando-a, a alcalinidade é a capacidade de compostos presentes na água reagir com um ácido, neutralizando-o, constituindo uma solução tampão no meio. 
	Os íons que atuam dessa forma são os carbonatos, os bicarbonatos e os hidróxidos. Na determinação desses em uma amostra, utilizam-se os conhecimentos e as práticas da volumetria ácido-base que, resumidamente, consiste na reação de um ácido com uma base para a determinação de certos compostos presentes em uma amostra.
	Para a determinação da alcalinidade total pode ser utilizado como titulante, o ácido sulfúrico ou ácido clorídrico e como indicadores a fenolftaleína e alaranjado de metila. A alcalinidade total de uma água é calculada através da soma das diferentes formas de alcalinidades existentes, ou seja: é a coma das concentrações de hidróxidos (OH-), carbonatos (CO32-) e bicarbonatos (HCO3-), expressos em termos de carbonato de cálcio, pois são íons derivados desse composto. 
	A alcalinidade pode estar presente de três formas, sendo apenas uma de cada vez, diante das seguintes condições. 
pH > 9,4 carbonatos e hidróxidos;
8,3 < pH < 9,4 carbonatos e bicarbonatos;
4,4 < pH < 8,3 apenas bicarbonatos.
	Devido essas condições, a fenolftaleína, que possui ponto de viragem em torno de 8,3 e 9,8 é utilizada na determinação parcial da alcalinidade, atuando na faixa onde as concentrações de carbonatos e hidróxidos representativamente maiores.
	Fenolftaleína:
pH < 8,3 → incolor
pH > 8,3 → cor rosa
 	Trata-se de um parâmetro natural das águas, diferenciando de acordo com meio onde o corpo hídrico se encontra. Em locais com intensa formação rochosa calcária (cavernas, por exemplo), a alcalinidade tende a ser maior, simplesmente pelo fato da interação da rocha calcita, mais especificamente carbonato de cálcio que, embora seja quase insolúvel, uma pequena parcela do composto dissolve-se quando em contato com a água. 
CaCO3 (s) Ca2+ + CO32- 							 (1)
	O íon carbonato dissolvido em água atua como base, produzindo na água íons bicarbonato e hidroxila (BAIRD, 2002).
CO32- + H2O HCO3- + OH- 							 (2)
	Os níveis de alcalinidade podem também ser justificados por consequência da intensa decomposição da matéria orgânica e à alta taxa respiratória dos microrganismos subaquáticos, que liberam grande quantidade de dióxido de carbono (CO2).
	O dióxido de carbono dissolvido em água reage com a mesma formando o ácido carbônico. 
CO2 (g) + H2O (l) H2CO3(aq) 						 (3)	
	O ácido carbônico também está em equilíbrio com o meio aquoso:
H2CO3 H+ + HCO3- 								 (4)
	Dessa forma, é possível observar as diferentes variáveis que contribuem com a alcalinidade do corpo hídrico. 
	 
	
Prática
Objetivos: determinar a alcalinidade em uma amostra de água mineral por volumetria ácido-base.
Material: 
Erlenmeyer 200mL
Béquer 500mL
Pipeta volumétrica 50mL
Bureta 
Suporte 
Garra
Solução de H2SO4 0,05 M
Indicador fenolftaleína
Indicador alaranjado de metila
Água mineral
Procedimento:
	Primeiramente, a bureta foi zerada com a solução titulante ácido sulfúrico 0,05M contida no béquer. Com a pipeta volumétrica, foram retirados 50 mL da amostra de água, transferidos para o erlenmeyer e três gotas do indicador fenolftaleína foram adicionadas à alíquota. Não havendo a mudança de coloração (significa que não havia concentração considerável de íons hidroxila), adicionou-se três gotas do indicador alaranjado de metila. Não houve análise de branco. O processo convencional de titulação foi realizado até o ponto de viragem do indicador, que pôde ser identificado através da coloração avermelhada. Vale ressaltar que a análise foi realizara em triplicata, com amostras diferentes a fim de obter resultados estatísticos representativos. 
	Os valores obtidos em cada análise foram preenchidos na Tabela 1, bem como os valores das concentrações referentes à alcalinidade calculadas a partir dos valores gastos de ácido sulfúrico. 
	Após o término da prática, todo o material utilizado foi lavado, secado e armazenado corretamente. 
	
	
	
Resultados e discussões
	Após as práticas, os resultados foram expressos na tabela abaixo.
Tabela 1: Relação entre valores gastos de ácido sulfúrico e a alcalinidade das amostras.
	Amostra
	Vgasto H2SO4 (mL)
	[CaCO3] (mol/L)
	Alcalinidade (mg/L)
	Réplica 1
	1,91
	1,91x10-3
	191
	Réplica 2
	2,01
	2,01x10-3
	201
	Réplica 3
	1,81
	1,81x10-3
	181
	Com o cálculo da média das análises e do desvio padrão, foram obtidos os seguintes resultados:
Tabela 2: Representação da alcalinidade média da triplicata.
	
	Média
	Desvio padrão
	[CaCO3] 
(mg/L)
	191
	8,16
	O nível de alcalinidade nas águas não representa risco potencial à saúde pública e não se constitui em padrão de potabilidade de águas naturais ou potáveis, nem no lançamento de efluentes, sendo que a importância desse parâmetro concentra-se no controle de determinados processos realizados em ETA’s (estações de tratamento de água) e ETE’s (estações de tratamento de esgoto). 
	O fato é que a alcalinidade em valores elevados pode ocasionar incrustações nas tubulações que canalizam a água, seja ela potável ou residuária. Isso implica na necessidade de manutenções mais periódicas nessas tubulações. Já a baixa alcalinidade torna o meio hídrico mais suscetível a alteração de pH, tornando o meio ácido. Uma das consequências é a corrosão das tubulações já citadas, devido ação dos íons de caráter ácido presentes no meio aquoso.
	Do ponto de vista ambiental, esse parâmetro é de suma importância para a estabilidade do meio aquático, uma vez que muitos seres que possuem esse ambiente como hábitat natural não toleram alterações bruscas de pH. Além disso, alguns compostos apresentam alteração em sua toxicidade por consequência da alteração do pH do meio.
	
Conclusão
	
	O parâmetro analisado na prática realizada é de extrema importância para a verificação da qualidade de águas brutas e potáveis, uma vez que as empresas de abastecimento e tratamento de água e efluentes se preocupam com os gastos referentes às manutenções e a alcalinidade esteja diretamente ligada a isso. Além do fato de a biota e microbiota do corpo aquático dependerem desse parâmetro para realizarem suas atividades metabólicas sem interrupção ou deficiência nesses processos. 
	A prática laboratorial permitiu aos alunos um melhor entendimento dos conteúdos discutidos em sala de aula, além de melhorar o engajamento na disciplina técnica de Química Ambiental, uma vez que esse tipo de procedimento está incluso no currículo do técnico ambiental. 
	As discussões referentes aos resultados obtidos possibilitou uma análise critica do meio em relação à variação da alcalinidade de um determinado corpo hídrico, estabelecendo uma relação entre o parâmetro analisado e as consequências de sua variação no meio. 
Bibliografia
BACCAN, N.,ANDRADE, J.C.,GODINHO, .O.E.S., BARONE, J. S., Química Analítica Quantitativa Elementar, 3ª edição, EDITORAEdgard Blücher Ltda, 2001;
COLIN, Baird. Química Ambiental. 2a edição. Porto Alegre: Ed. Bookman, 2002;
HARRIS, D.C., Análise Química quantitativa, 5ª edição, LTC EDITORA, RJ, 2001;
NBR 13736 – Água – Determinação de alcalinidade – Métodos potenciométrico e titulométrico. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. Nov. 1996. 4p.
OLIVEIRA, A. M. P. Alcalinidade e dureza das águas. São Paulo: Kurita - Soluções de Engenharia para Tratamento de Águas Industriais, 2007. Disponível em <http://www. kurita.com.br/adm/download/Alcalinidade_e_Dureza.pdf> Acesso em: 24 nov. 2014; 
SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH. Fundamentos de Química Analítica. Tradução da 8ª Edição norte americana. São Paulo, Editora Thomson, 2006;
VOGEL, A.I., Química Analítica Quantitativa e Qualitativa, EDITORA Mestre Jou, São Paulo, 1990 e 1991;
Cálculos 1:
	Alcalinidade
[H2SO4]= 0,05 mol/L
Vamostra= 50mL= 5,0 x 10-2 L
Vgasto= 1,91mL= 1,91 x 10-3 L
[H2SO4]= nH2SO4/ Vgasto 			[CaCO3]= nH2SO4/ Vgasto
nH2SO4= [H2SO4] x Vgasto			[CaCO3]= 9,55 x 10-5 mol/ 5,0 x 10-2 L
nH2SO4= 0,05 mol/L x 1,91 x 10-3 L		[CaCO3]= 1,91 x 10-3 mol/L
nH2SO4= 9,55 x 10-5 mol
mol/L mg/L: 1,91 x 10-3 mol/L x 100 (MCaCO3) x 1000= 191 mg/L
Cálculos 2:
	Alcalinidade
[H2SO4]= 0,05 mol/L
Vamostra= 50mL= 5,0 x 10-2 L
Vgasto= 2,01mL= 2,0 x 10-3 L
[H2SO4]= nH2SO4/ Vgasto 			[CaCO3]= nH2SO4/ Vgasto
nH2SO4= [H2SO4] x Vgasto			[CaCO3]= 1,005 x 10-4 mol / 5,0 x 10-2 L
nH2SO4= 0,05 mol/L x 2,01 x 10-3 L		[CaCO3]= 2,01 x 10-3 mol/L
nH2SO4= 1,005 x 10-4 mol
mol/L mg/L: 2,01 x 10-3 mol/L x 100 (MCaCO3) x 1000= 201 mg/L
Cálculos 3:
	Alcalinidade
[H2SO4]= 0,05 mol/L
Vamostra= 50mL= 5,0 x 10-2 L
Vgasto= 1,81mL= 1,8 x 10-3 L
[H2SO4]= nH2SO4/ Vgasto 			[CaCO3]= nH2SO4/ Vgasto
nH2SO4= [H2SO4] x Vgasto 			[CaCO3]= 9,0 x 10-5 mol/ 5,0 x 10-2 L
nH2SO4= 0,05 mol/L x 1,81 x 10-3 L		[CaCO3]= 1,81 x 10-3 mol/L
nH2SO4= 9,05 x 10-5 mol
mol/L mg/L: 1,81 x 10-3 mol/L x 100 (MCaCO3) x 1000= 181 mg/L