Relatório II - Determinação de cálcio, magnésio e dureza de água

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CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIAS
Laboratório de Química II
Prof.ª. Dra. Maria Cristiane Martins de Souza
JÚLIO AGOSTINHO DINGNA
RELATÓRIO II
DETERMINAÇÃO DE CÁLCIO, MAGNÉSIO E DUREZA DA ÁGUA
Acarape – Abril, 2015
JÚLIO AGOSTINHO DINGNA
LEILA IVETE TEIXEIRA MONTEIRO 
RELATÓRIO II
DETERMINAÇÃO DE CÁLCIO, MAGNÉSIO E DUREZA DA ÁGUA
Relatório apresentado como requisito parcial de avaliação das práticas experimentais de laboratório de Química, na disciplina de Química II do Curso de Engenharia de Energias da Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, sob a orientação da professora Doutora Maria Cristiane Martins de Souza.
Acarape
Abril, 2015
RESUMO 
O presente relatório tem como objetivo elencar as práticas laboratoriais de como determinar as concentrações de Cálcio, Magnésio e medir a dureza de água. Sua importância está na redução da formação de espuma, incrustação nas tubulações de água quente, caldeiras e aquecedores, em concentrações elevadas que podem ter efeitos laxativos. Nessa perspectiva, realizar-se a determinação de Ca2+ com o indicador Murexida, específico para o cálcio. Em seguida, a determinação de Ca2+ e Mg2+ com o indicador Negro de Ericromo T. E, por fim, realizar o abrandamento da amostra de água.
Palavras-Chaves: Dureza. Abrandamento. 
SUMÁRIO
 Página
OBJETIVO -------------------------------------------------------------------------------- 7
INTRODUÇÃO --------------------------------------------------------------------------- 9
MATERIAIS E REAGENTES ------------------------------------------------------- 10
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL --------------------------------------------- 11
RESULTADOS E DISCUSSÕES -------------------------------------------------- 12
CONCLUSÃO --------------------------------------------------------------------------- 14
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ---------------------------------------------- 15
INTRODUÇÃO
 A água é uma substância fundamental para a existência de vida em nosso planeta e podemos encontrá-la nos estados físicos: sólido, líquido e gasoso (vapor); no estado sólido têm-se as calotas polares, no estado gasoso o ar atmosférico que é uma mistura de gases, inclusive a água, e no estado líquido tem-se as águas dos oceanos, rios, lagos, poços profundos e outros. A água totalmente pura existe na natureza, no entanto, conforme Feltre (2004) devido a sua alta capacidade em dissolver uma grande variedade de substâncias, fato que a tornou conhecida como o “solvente universal”. E, por esse motivo a água pode tornar-se poluída para os consumos dos animais, plantas e seres humanos, seja no uso doméstico, na produção agrícola e na indústria. (FELTRE, 2004 p. 53) 
 Algumas substâncias como o Cálcio (Ca2+) e o Magnésio (Mg2+) podem estar em concentrações elevadas na água acarretando sérios prejuízos, principalmente, na indústria como por exemplo, nas caldeiras das termoelétricas. Essas concentrações de Cálcio e Magnésio determinam o termo conhecido como: “Dureza da Água”. 
 Segundo Gaubeur et. al (2004): 
 “Dureza (ou dureza total) é a denominação genérica dada à soma das concentrações dos íons de metais polivalentes presentes na água, tais como: cálcio (Ca2+), magnésio (Mg2+), ferro (Fe2+/Fe3+), alumínio (Al3+), manganês (Mn2+) e outros. 
 Entretanto, o termo “dureza” tem significado restrito, referindo-se apenas à presença dos íons Ca2+ e Mg2+. Deste modo, a “dureza total” corresponderá à somadas durezas cálcica e magnesiana.” (GAUBEYR ET AL (2004) p. 75) 
 Assim, dependendo da concentração desses íons as águas podem ser classificadas como: Brandas e/ou Duras – Duras quando possuem elevados níveis dos íons e Brandas quando os níveis são baixos. No uso doméstico a “água dura” inibe a formação de espuma de sabão; nas tubulações industriais provocam o entupimento dos canos podendo ocasionar estouros dos canos e/ou explosões em caldeiras pelo aumento da pressão. 
 Nesse sentido, os experimentos realizados têm por objetivo determinar o nível de dureza de uma amostra de água por meio de titulação dos cátions alcalinos terrosos juntamente com o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), C10H16O8N2 que adicionado de um indicador propicia a visualização do ponto de viragem na titulação, sendo utilizado o Negro de Ericrómio T. Já para o Cálcio o indicador utilizado é o Murexida. E, ainda, realizar o abrandamento da água experimental através de uma técnica denominada – descalcificação – por meio de substâncias chamadas de resinas catiônicas ou aniônicas, as quais têm a função de se ligarem aos cátions e/ou ânions presentes na água, após esse processo misturando quantidades equivalentes da resina catiônica e aniônica é possível à remoção dos sais tornando a água puramente deionizada. 
Nessa perspectiva, realizar-se a determinação de Ca2+ com o indicador Murexida, específico para o cálcio. Em seguida, a determinação de Ca2+ e Mg2+ com o indicador Negro de Ericromo T. E, por fim, realizar o abrandamento da amostra de água.
O critério de dureza da água utilizado mostrado na tabela abaixo:
Tabela1
OBJETIVO
Determinar componentes químicos em uma amostra de água; 
Utilizar resina catiônica para abrandamento da água;
Entender como a dureza de água afeta o seu uso em processos industriais tais como, tubulações, caldeiras, aquecedores, etc.
MATERIAIS E REAGENTES 
Dos Materiais:
Proveta de 50 mL;
Erlenmeyer de 250 mL;
 Pipeta de 50 mL
Bureta de 50 mL
Dos reagentes:
Agua dura;
Hidróxido de potássio (KOH), a 10%;
Indicador muxerida;
Ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), C10H16O8N2, 0, 01 mol/L
Indicador negro de eriocromo T
Resina catiônica úmida 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
A prática foi dividida em três partes – A, B e C respetivamente.
PARTE A – Determinação de Ca2+ em uma amostra de água
 Utilizando uma proveta, retirou-se uma alíquota de 50 mL da amostra de água fornecida e transferiu-se para um erlenmeyer de 250 mL. Em seguida adicionou-se a essa amostra, 2,0 mL de KOH a 10% e uma pitada do indicador murexida, que é específico para o cálcio, mesmo em presença de magnésio. 
Titulou-se essa mistura com solução de EDTA 0,01 mol L-1 até mudança de cor do indicador e foi anotado o volume de EDTA utilizado.
PARTE B – Determinação de Ca2+ e Mg2+ em uma amostra de água
Transferiu-se para um erlenmeyer de 250 mL uma alíquota de 50 mL da amostra de água e 3,0 mL da solução tampão de pH=10 (NH4Cl/NH3). Em seguida adicionou-se o indicador negro de eriocromo T que permita a determinação simultânea dos íons Ca2+ e Mg2+. Gotejou-se, sob agitação, o EDTA 0,01 mol/L-1 até mudança de cor do indicador. Anotou-se o volume de EDTA adicionado. 
 PARTE C – Abrandamento da amostra de água
Colocou-se em um erlenmeyer de 250 mL, 100 mL da água fornecida. 
Adicionou-se ao mesmo, 8g da resina catiônica úmida e misturou-se por 10 minutos. Em seguida, retirou-se a água sobrenadante e repetiu-se o procedimento da parte B para determinação da dureza total. Comparou-se o resultado com o obtido na parte B, e, anoutou-se o Volume de EDTA utilizado.
RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 PARTE A – Determinação de Ca2+ em uma amostra de água 
Na titulação da mistura de 2,0 mL de KOH a 10 % e indicador muxerida adicionou-se 4,0 mL da solução de EDTA 0, 01 mol L-1 até a mudança da coloração de vermelho-vinho para azul, indicando o fim da titulação. 
Cálculos:
Determinação da quantidade de matéria
C1 × V1 = C2 × V2
 0,01 mol/L × 0,004 L = C2 × 0,05 L CCa2+ = 8 × 10-4 mol/L
 Então, a concentração também de EDTA na amostra é de 8×10-4 mol/L, pois a relação proporção de cada cátion de Ca2+ é de um para um com o mols EDTA.
8 × 10-4 mol/L ----- x
1mol(Ca2+) -----40,1g
 x = 0,03208 g/L 
Portanto, existem mol de Ca2+ na amostra analisada. 
Expressando a concentração em ppm (mg/L) fica:
 × = 32,08 mg/L = 32,08 ppm 
 Concluiu-se então que, o indicador EDTA é uma ferramenta muito útil na determinação de Ca2+ em uma amostra de água. 
 PARTE B - Determinação de Ca2+ e Mg2+ em uma amostra de água 
Para a determinação em simultâneo de uma solução Ca2+ e Mg2+ na presença do indicador eriocromo T gotejou-se 7 mL de EDTA 0,01mol/L-1. 
C1 × V1 = C2 ×V2 0,01 × 0,0108 = C2 × 0,05 = Cca2+ = 2,16 × 10-3
2,16 x 10-3 mol/L ----- X
 1mol -------------- 100,09g X = 0,21619 g/L
0,21619 g/L × 1000 = 216,19 mg / L = 216,19 ppm
PARTE C – Abrandamento da amostra de água
Para abrandamento de água gotejou-se 7 mL de EDTA 0,01mol/L-1.
C1 x V1 = C2 x V2
 0,01 mol/L × 0,008 L = C2 × 0,05 L Cca2+ = 1,6 x 10-3
1,6 x 10-3 mol/L ----- X
 1mol ----- 100,09g X = 0,1601 g/L 
 × = 160,14 mg / L = 160,14 ppm
 Portanto, de acordo com a Tabela 1, apresentada na página 8, a amostra da água analisada é dura.
 Então, conclui-se que a resina cationica tem a função de remover os íons positivos, por exemplo cálcio e magnésio, substituíndo-os por íons de sódio (no abrandamento) ou hidrogênio (na desmineralização). Esse metódo de resina é apenas um dos métodos de abrandamento de água. 
Outros dois exemplos de abrandamentos da água são:
Abrandamento por precipitação química: Neste caso, o processo se dá por adição de cal (CaO) e carbonato de sódio (Na2CO3). A cal é utilizada para elevar o pH da água fornecendo a alcalinidade necessária, enquanto o carbonato de sódio pode fornecer a alcalinidade para a reação e também os íons carbonato necessários.
Desnitrificação: são equipamentos semelhantes aos descalcificadores, mas possuem no seu interior resinas permutadoras que retém os nitratos.
CONCLUSÃO 
 Após essa concluiu-se que o abrandamento de água, ou seja, a remoção de minerais dissolúveis nela, pode ser feita adicionando-se à mesma a resina cationica. A resina cationica tem remove os íons de cálcio e magnésio responsáveis pela dureza da água, que acontece quando a água tem acima de 50 ppm de sais de cálcio e magnésio. O abrandamento da água é muito empregado na indutria quimica, já que a dureza da água pode causar serios problemas nos equipamentos, como por exemplo, nas tubulações e caldeiras.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed. Prentice-Hall, 2005.
FELTRE, Ricardo. Química: físico-química Vol.2. 6ª edição – São Paulo, 2004.
VOGEL, J. Análise Inorgânica Quantitativa. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1986. 
BAIRD, C.; CANN, M.; GRASSI, M. T. Química Ambiental. Porto Alegre: Artmed, 2011.
	Grau de dureza
	ppm (mg/L)
	BRANDA
	0 - 17
	LEVEMENTE DURA
	17,1 - 60
	MODERADAMENTE DURA
	61 - 120
	DURA
	121 - 180
	MUITO DURA
	181 ou mais