Relatório 9 Dureza da água

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DUREZA TEMPORÁRIA E PERMANENTE DA ÁGUA
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
PONTA GROSSA
2015
INTRODUÇÃO
A dureza da água é uma propriedade relacionada com a concentração de íons de determinados minerais dissolvidos na água. A dureza da água é geralmente causada pela presença de sais de cálcio e magnésio, de modo que os principais íons levados em consideração na medição da dureza da água são os íons de cálcio (Ca2+(aq)), magnésio (Mg2+(aq)) e ferro II (Fe2+(aq)). 
Logo, a água é dura quando tem uma grande concentração destes minerais, mais de 150mg/L, e quando tem abaixo de 75mg/L é considerada água mole ou macia, e entre esses valores a água é moderada. A dureza da água pode ser de dois tipos: a dureza temporária e a dureza permanente. 
A dureza temporária é gerada pela presença de substâncias na forma de carbonatos e bicarbonatos, esta pode ser eliminada por fervura ou adição de substâncias amolecedoras, tais como: hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio, carbonato de sódio, bicarbonato de sódio, fosfato de trissódico. Já a dureza permanente é devida a presença de cloretos, sulfatos, e nitratos, que não são eliminados por fervura, somente pela adição das substâncias amolecedoras citadas, sendo o método mais comum de se remover os dois tipos de dureza é a passagem de água dura através de um trocador de íons.
A presença dos cátions de magnésio e cálcio na água dificulta a ação dos sabões na remoção da sujeira e da gordura. Os sabões são sais de ácidos graxos com uma longa cadeia apolar (hidrofóbica) formada por átomos de carbono e hidrogênio e uma extremidade hidrofílica. A longa cadeia polar é solúvel nas gorduras e a extremidade polar é solúvel em água, dessa forma a parte apolar atrai as gorduras, possibilitando que a gordura desprenda-se na forma de pequenos aglomerados e, com todo o conjunto, é arrastada por água corrente.
O sabão é chamado tensoativo aniônico, porque ele dissolve-se na água produzindo ânions e cátions. Seus ânions são responsáveis por diminuir a tensão superficial da água e permitir a limpeza.
No entanto, os cátions de cálcio, magnésio e ferro II não são solúveis em água e reagem formando compostos insolúveis, assim, esses cátions anulam a ação do sabão e aderem ao tecido que está sendo lavado, ou a superfície onde se está sendo lavado.
De forma genérica, essa reação pode ser representada por:
2 R ─ COONa(s)  + Ca2+(aq) → (R ─ COO)2Ca(ppt) + 2 Na+(aq)
         sabão           cátion               sal de cálcio         cátion
(sal de sódio)       cálcio                 precipitado          sódio
Um exemplo é o sabão estereato de sódio (C17H35COONa(s)), que é solúvel na água, produzindo o ânion estereato, como mostrado a seguir:
C17H35COONa(s) → Na+(aq) + C17H35COO1-(aq)
Mas, na água dura, esse ânion reage com o cátion cálcio e impede a ação do sabão:
C17H35COO1-(aq)  + Ca2+(aq) → (C17H35 ─ COO)2Ca(ppt)
Esse tipo de problema levou ao desenvolvimento dos detergentes sintéticos.
A água dura não pode ser usada na indústria, pois pode haver o risco de acidentes como a explosão de caldeiras, também não é boa para cozinhar vegetais, pois eles endurecem em vez de ficarem mais moles.
PROCEDIMENTOS
Os materiais utilizados foram:
4 funis
9 tubos de ensaio 18/2,5cm
2 erlenmeyer de 250 mL
Bico de Bunsen
Espátula
1 vidro de relógio
Pipetas
Estantes para tubos de ensaio
4 papéis de filtro
Bastão de vidro
Fósforo
Bicarbonato de sódio
Carbonato de cálcio
Carbonato de sódio 10%
Sulfato de sódio
Sulfato de magnésio 0,01M
Sabão
Detergente
Procedimentos:
	Na primeira parte, foi verificada a dureza temporária da água. Pesou-se em um vidro de relógio 1g de carbonato de cálcio em pó e colocou-se num erlenmeyer contendo 100 mL de água destilada, adicionando em seguida 5 gotas de fenolftaleína. Foi borbulhado, no erlenmeyer, gás carbônico durante 5 minutos com o auxílio de uma pipeta. Foi filtrado para se obter a água de bicarbonato de cálcio. Depois, foi retirado 30 mL do filtrado e transferido 15 ml para o tubo de ensaio I e 15 mL para o tubo de ensaio II. Ferveu-se o tubo de ensaio I durante 5 minutos, em seguida, deixou-o esfriar e passou-se para o tubo de ensaio III. Por fim, colocou-se um pedacinho de sabão em cada um dos tubos de ensaio II e III e agitou-se vigorosamente. Foram observados e feitas as anotações.
	Na segunda parte, foi verificada a dureza permanente da água. Foi retirado 30 mL de solução de sulfato de magnésio 0,01M e transferido 15 mL para o tubo de ensaio I e 15 mL para o tubo de ensaio II. Adicionou-se ao tubo I 5 ml de carbonato de sódio a 10% e em seguida filtrou-se para dentro do tubo III. Foi colocado um pedacinho de sabão em cada um dos tubos de ensaio II e III e agitou-se vigorosamente, observando e anotando. Por fim, repetiu-se esse procedimento, utilizando ao invés do sabão, 4 gotas de detergente.
RESULTADOS
No experimento da dureza temporária, e após a adição da fenolftaleína na solução de carbonato de cálcio, observou-se uma mudança de cor para o rosa intenso, indicando que a solução é básica. Porém, quando se borbulhou-se gás carbônico na solução, a mesma apresentou coloração branca.
Ao final do primeiro procedimento pode-se observar que o tubo III que continha a mesma solução que o tubo II, porém fervido, formou mais espuma que o tubo sem ter sido fervido(tubo II).
No experimento da dureza permanente, observou-se que quando adicionado o sabão nos tubos e agitado a solução apresentou aspecto turvo.
Já quando adicionado o detergente a solução ficou mais límpida e houve uma maior formação de espuma que a solução com sabão em barra.
QUESTIONÁRIO
Qual a fórmula química do sabão, considerando-o como um estearato de sódio solúvel? Cite algumas desvantagens que o mesmo pode apresentar.
C17H35COO-Na+
O sabão comum em geral é um sal de sódio, que é solúvel em água. Ao contrário, os sais de Ca2+, Mg2+ ou Fe2+ são insolúveis em água, de modo que um sabão não pode ser utilizado com eficiência num meio que contenha esses íons (água dura), uma vez que, nesse caso, os sais insolúveis precipitam e aderem ao tecido que está sendo lavado. O sabão comum apresenta problema relacionado com a formação de sais insolúveis quando em contato com a água dura.
O que é um trocador de íons? Caracterize os melhores trocadores de íons.
A troca iônica é um método doméstico típico para amaciamento da água. Nesse procedimento a água dura passa por um leito de resina de troca iônica: perolas de plástico com grupos aniônicos covalentemente ligados, como COO- ou SO-3. Esses grupos carregados negativamente têm íons Na+ ligados a eles, com objetivo de balancear suas cargas, então os íons Ca2+ e outros cátions na água dura são atraídos para os grupos aniônicos e deslocam os íons Na+ com cargas menores para a água, ou seja, um tipo de íon é trocado pelo outro. Um processo utilizado em grande escala para o abrandamento de água municipal é o calcário-barrilha, a água é tratada com calcário, CaO e cinzas de barrilha, Na2CO3, esse processo precipita os íons Ca2+ como CaCO3 e Mg2+ como Mg(OH)2.
Em que consiste a água desionizada? Onde ela é empregada?
Água desionizada surge do processo de remoção total dos íons presentes na água, através de resina catiônicas e aniônicas; é a água que teve sua carga elétrica neutralizada pela remoção ou adição de elétrons. Esse processo remove da água nitratos, cálcio e magnésio, além de cádmio, bário, chumbo e algumas formas de rádio. 
A água desionizada é amplamente empregada na indústria química e em produção farmacêutica. Essa água é quimicamente pura e, entretanto, facilmente contaminada por bactérias de baixo requerimento nutritivo, tais como: bactérias gram-negativas não fermentativas e outras. É empregada para produção de produtos farmacêuticos, em aquários, análises físico-químicas e outros. A água deionizada também é utilizada em produtos cosmacêuticos, que fazem tratamento específico paradeterminados tipos de pele e tipos de lesões específicas; normalmente, são produtos com maior valor agregado. 
Cite os principais processos utilizados para o abrandamento da água.
-Abrandamento por precipitação química: A água também pode ser abrandada, embora não totalmente, por processos químicos como tratamento com Ca(OH)2 e barrilha (Na2CO3) ou fosfatos. Estes processos são usados quando a dureza da água é excessivamente elevada e não se encontra nenhuma outra fonte de água de melhor qualidade. Neste caso, o processo se dá por adição de cal (CaO) e carbonato de sódio (Na2CO3). 
-Abrandamento por troca catiônica: Consiste em fazer a água atravessar uma resina catiônica que captura os íons Ca2+ e Mg2+, substituindo-os por íons que formarão compostos solúveis e não prejudiciais ao homem 
Diferencie detergentes "duros" de detergentes "moles".
Detergentes duros são aqueles que possuem sódio em sua composição e não se decompõem facilmente pela ação dos microrganismos. Os moles são compostos por potássio.
Explique o significado de "água dura".
O termo água dura foi originado em razão da dificuldade de lavagem de roupas, com águas contendo elevada concentração de certos íons minerais. Esses íons reagem com sabões formando precipitados e evitam a formação de espuma. Os íons são provenientes de depósitos subterrâneos, como o calcário (CaCO3) ou a dolomita (CaCO3. MgCO3) que agregam à composição da água uma quantidade excessiva de íons Ca2+ e Mg2+, na forma de bicarbonatos (HCO3-), nitratos (NO3-), cloretos (Cl-) e sulfatos (SO42-).
Diferencie água "temporariamente dura" de "permanentemente dura".
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.
Escreva as equações esquemáticas gerais para desionização da água dura por meio de um trocador de íons.
R(-SO3Na)2 + Ca+2 → R(-SO3)2Ca + 2Na+
R(-SO3Na)2 + Mg+2 → R(-SO3)2Mg + 2Na+
Explique o que vem ser uma "substância amolecedora".
A remoção da dureza pode também ser efetuada pela adição de algumas substâncias amolecedoras, tais como: Hidróxido de Sódio (NaOH), Carbonato de Sódio (Na2CO3), Fosfato de Sódio (Na3PO4) e Sulfato de Alumínio (Al2(SO4)3).
Descreva os processos de tratamento utilizados neste experimento, mostrando todas as equações.
Explique porque os detergentes são mais eficientes que os sabões em água dura.
Os sabões apresentam uma desvantagem quando a limpeza é feita com água que contenha cátions de cálcio, magnésio e ferro, pois os ânions dos sabões podem reagir com esses cátions, originando compostos insolúveis, que se precipitam e formam a chamada água dura. Dessa forma, os sabões não conseguem remover a sujeira e a gordura. Já os detergentes têm a vantagem sobre os sabões de que eles nunca reagem com os cátions da água dura e, portanto, realizam a limpeza independentemente da água usada. 
REFERÊNCIAS
LEE, J. D.. Química Inorgânica não tão concisa. 5. ed. São Paulo: Edgard Blucher Ltda, 1999. 527 p.
SILVA, D. O.; CARVALHO, A. R. P. Soluções em Engenharia de Tratamento de Água. Disponível em: <www.kurita.com.br/adm/download/agua_dura_e_Abrandamento.pdf>. Acesso em: 24 nov. 2015.
FOGAçA, J. R. V. Sabão X Detergente; Brasil Escola. Disponível em <http://www.brasilescola.com/quimica/sabao-x-detergente.htm>. Acesso em 24 de novembro de 2015.
ROCHA VARGAS FOGAÇA, Jennife. Água dura; Mundo Educação. Disponível em < http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/agua-dura.htm>. Acesso em 26 de novembro de 2015.
RENDELUCCI, Fábio. Água mole e dura: Concentração de cátions cálcio e magnésio na água; Uol Educação. Disponível em < http://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/agua-mole-e-dura-concentracao-de-cations-calcio-e-magnesio-na-agua.htm>. Acesso em 26 de novembro de 2015.