MEDIDAS DE CONDUTOMERIA ELÉTRICA

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UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS – UNISINOS
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
SÁSKIA TAUANA DOS SANTOS WICKERT
MEDIDAS DE CONDUTOMERIA ELÉTRICA
DOIS IRMÃOS
2020
1 INTRODUÇÃO
A condutometria mede a condutância elétrica de soluções iônicas por meio da migração de íons positivos e negativos com a aplicação de um campo eletrostático. Portanto, a condutância depende do número de íons presentes, das suas cargas e da mobilidade dos íons. A condutometria contempla duas técnicas analíticas: a condutometria direta e a titulação condutométrica (SOUSA, et al, 2018).
Além disso, a condutividade elétrica ocorre devido a aplicação de um potencial de corrente alternada, visto que as medidas não podem ser realizadas sob corrente contínua por causa da ocorrência de reações eletródicas, oxidação no ânodo e redução no cátodo (BASTOS, 2015).
 Ademais, a condutância de um material é definida como o inverso da resistência, segundo a fórmula:
L =
Onde, a resistência de uma solução iônica depende das dimensões do condutor, assim quando se aumenta o comprimento de um condutor, aumenta-se a resistência elétrica e quando se aumenta a sua área, diminui-se a resistência elétrica (BASTOS, 2015). A fórmula abaixo estabelece essa relação.
L = k
Outro fator que influencia na condutometria é a temperatura, o valor da condutância aumenta de 1 a 2% para cada grau de temperatura, isso ocorre, pois, a temperatura faz com que os íons se movimentem mais facilmente de uma placa para a outra, facilitando a condução eletrolítica (BASTOS, 2015). 
A medida de condutometria elétrica tem diversas aplicações, ela pode ser usada para verificação de pureza de águas, na variação na concentração de águas minerais, determinação de salinidade da água do mar, como determinação de nitrogênio em matéria orgânica, controle de processos e produtos, entre outros. 
2 TÉCNICAS ANÁLITCAS DA CONDUTOMETRIA 
	A condutometria abrange duas técnicas analíticas, a condutometria direta que consiste em medir a condutância com o objetivo de avaliar a concentração de um eletrólito e a titulação condutométrica que consiste em acompanhar a variação da condutância no curso da titulação.
	Para a realização destas técnicas é importante ter o conhecimento dos eletrodos, eles correspondem a duas lâminas ou discos de platina com áreas de superfícies de 1cm, dispostas verticalmente a fim de evitar deposição sobre elas durante a titulação. Para que as medições possam ser realizadas, deve haver a ligação da célula a um medidor de condutividade capaz de prover à célula uma corrente alternada com a frequência de aproximadamente 1000Hz, dessa forma reduz as chances de ocorrer eletrólise, o que causaria a polarização dos eletrodos (BASTOS, 2015).
2.1 Condutometria direta
A condutometria direta baseia-se na determinação da condutância específica de uma solução eletrolítica por meio de uma única medida, tendo uma aplicação quantitativa muito limitada devido ao caráter não-seletivo dessa propriedade, pois todos os íons presentes em solução contribuem para o valor da mesma (SOUSA, et al, 2018).
Na condutometria direta é necessário conhecer a relação “A/L”, onde “A” corresponde a área do eletrodo e “L” distância entre os eletrodos (SOUSA, et al, 2018). Na figura, a variável “L” é substituída por “d”. 
Figura 1 – Célula de condutividade
Fonte: Universidade Federal de Santa Catarina. 
Para a calibração, usam-se soluções de KCl com concentrações conhecidas, cujas condutâncias específicas (k) foram determinadas em células com geometria definida (BASTOS, 2015).
2.2 Titulação condutométrica
Na titulação condutométrica, o ponto final é marcado pela descontinuidade na curva de condutância-volume. As reações acontecem a partir da adição de um eletrólito a uma solução de outro eletrólito, onde haverá variação da condutância da solução, em virtude da decorrência de reações iônicas (SOUSA, et al, 2018). 
O princípio básico da titulação condutométrica está fundamentado na substituição de certos íons, com valor de condutividade característico, por outros de condutividade diferente. Portanto, podem ocorrer três situações: a condutância decrescer até o ponto final se o íon do titulado apresentar mobilidade maior do que a do íon do titulante (a), a condutância permanecer inalterada devido as mobilidades dos íons do titulado e titulante serem praticamente iguais (b) e o aumento da condutância se o íon do titulado possuir mobilidade menor que o íon do titulante (c) (SOUSA, et al, 2018).
Figura 2 – Tipos de curvas de titulações condutométricas
Fonte: Sousa, et al, 2018.
	As curvas de titulações condutométricas são constituídas essencialmente em dois ramos: um ramo de reação, resultante da variação da condutância no início da titulação até o ponto final e um ramo do reagente, correspondendo à variação após o ponto final, a interseção dos dois ramos fornece o ponto final. Portanto, para a determinação do ponto final são necessárias medidas antes e depois do ponto de equivalência (BASTOS, 2015).
	A titulação de ácidos fortes com bases fortes ou vice-versa constituem a condição mais favorável de condutometria, isto ocorre devido às grandes diferenças de condutividade dos íons H+ e OH- com relação a todos os demais íons (SOUSA, et al, 2018).
3 APLICAÇÕES DA CONDUTOMETRIA
	As principais aplicações se relacionam com a análise de misturas binárias: água e o eletrólito. Por isso a condutometria é utilizada principalmente para avaliar a pureza de águas deionizadas e destiladas, para determinar eletrólitos residuais em água potável ou em águas de alimentação de caldeiras ou em efluentes. 
Ainda é utilizada para determinar a concentração de sais em banhos de salmoura, salinas, solos, águas de irrigação, fertilizantes, fibras e têxteis, banhos de anodização, galvanização e eletrodeposição, soluções fisiológicas (diálise), alimentos e sucos de frutas, em combustíveis e em processos químicos, na detecção do fim de lavagem de precipitados, determinação da solubilidade de sais pouco solúveis.
3.1 Aplicação na indústria de alimentos 
	A condutividade elétrica, nos últimos anos vem se tornando uma fonte de estudo no delineamento de um novo processo, onde ao contrário dos processos convencionais onde a condutividade térmica do alimento é o parâmetro de controle, a condutividade elétrica é usada para o controle do processo. A condutividade elétrica, também, pode ser usada como uma boa ferramenta na caracterização de produtos alimentícios (BASTOS, 2015).
	Na indústria de alimentos que envasam produtos líquidos como leite, sucos, cerveja e outras bebidas, o processo CIP (clean-in-place) é um método usado nestas plantas de processamento de alimentos para a limpeza das máquinas de envase e equipamentos de processamento, como os tubos sanitários, tanques e trocadores de calor. O uso do CIP aumenta a eficiência, melhora a segurança e assegura a qualidade do produto. No entanto, a obtenção destes benefícios requer o monitoramento e controle do processo CIP para otimizar a limpeza e proteger contra o uso excessivo de produtos químicos. Assim, para o monitoramento deste processo é utilizado a condutividade elétrica, pois cada uma das diferentes soluções usadas no CIP tem um valor de condutividade muito diferente, de modo que é possível detectar a interface entre cada um deles quando eles passam por um sensor de condutividade (IANALITICA, 2017).
	Além dessa aplicação, foi realizado um estudo sobre a condutividade elétrica em sucos de manga por PELACANI et al, com o objetivo de determinar se a temperatura, viscosidade e tamanho de partículas afetam a condutividade elétrica. Para tal estudo, a condutividade do suco foi medida em diferentes temperaturas e com diferentes viscosidades. Com o trabalho conclui-se que a condutividade elétrica do suco de manga aumenta com a temperatura e diminuiu com a viscosidade e com o tamanho das partículas. Este resultado também foi observado em outros estudos que tinham como foco outras frutas, como limão, abacaxi e acerola. 
A condutometria elétrica também é utilizada paradeterminar o teor de ácido acético em vinagres. O vinagre é primordialmente uma solução diluída de ácido acético produzido por um processo fermentativo, ele contém além de ácido acético, ingredientes solúveis procedentes da matéria-prima do qual ele foi feito. Normalmente a determinação de ácido acético em amostras de vinagre é feita utilizando-se titulometria de neutralização ácido-base, porém um estudo feito por REIS, et al, mostra que também é possível determinar o teor de ácido acético por condutometria direta.
No estudo REIS, et al, utilizou uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,01M e um condutivímetro digital marca MICRONAL B-330. O estudo concluiu que é viável utilizar essa técnica para o teor de ácido acético em vinagres, visto que se trata de uma solução com íons dissolvidos, ademais ela apresenta vantagens como baixo custo e simples manuseio. 
Além de utilizar a condutividade elétrica para determinar o teor final de ácido acético em vinagres, ela também pode ser usada durante o processo de fabricação do produto. Para a obtenção do vinagre ocorre a fermentação, onde o etanol é oxidado a ácido acético, essa etapa é feita por bactérias acéticas em meio aeróbio. Os processos fermentativos, assim como os processos químicos, são limitados pela cinética, onde é analisado a evolução dos valores de concentração de um ou mais componentes do sistema de cultivo, em função do tempo de fermentação. Como isso, é possível utilizar a condutividade elétrica para acompanhar o aumento da concentração de ácidos e minimizar as análises químicas, que são sempre demoradas, repetitivas e também sujeitas a erros (SCHEIDT, et al, 2010). 
	 
3.2 Aplicação na indústria química
	Foi realizado um estudo por DA SILVA et al que procurou determinar a concentração de Bentazon usando ácido clorídrico por titulação condutométrica. Bentazon é usado como princípio ativo de formulações de herbicida pós-emergente, usados para controle de ervas daninhas em culturas de feijão, arroz, milho, amendoim, trigo e soja. Para o controle químico das ervas daninhas nas culturas citadas, estão disponíveis, comercialmente, formulações de herbicidas na forma de concentrado solúvel que contém como ingrediente ativo o sal sódico de Bentazon, mais solúvel em água do que sua forma ácida. 
	Do ponto de vista ambiental, este herbicida apresenta características que sugerem um alto potencial de contaminação dos lençóis freáticos e águas superficiais, pois apresenta alta solubilidade em água e baixa adsorção às partículas do solo. A molécula de Bentazon é um ácido fraco em água devido à ionização da sua forma enólica originada pelo tautomerismo cetoenólico. 
Figura 3 - Fórmula estrutural, tautomerismo ceto-enólico e equilíbrio de ionização ácida do Bentazon
Fonte: da Silva, et al, 2016.
	
O estudo feito por DA SILVA, at al, mostra que a método condutométrico para a determinação de Bentazon em sua forma ácida como sal sódico é viável, e tem como vantagens o seu baixo custo e simplicidade. 
Além do estudo apresentado anteriormente, há um estudo de SOUSA, et al que apresenta a determinação condutométrica do ácido acetilsalicílico em aspirina. O ácido acetilsalicílico (AAS) é um princípio ativo do grupo dos anti-inflamatórios não esteroides que possui indicações para o alívio de cefaleia, inflamações, febre, sendo também usado para a profilaxia de infarto do miocárdio e diabetes, ele é usualmente usado na formulação das Aspirinas. 
Figura 4 - Estrutura química do ácido acetilsalicílico
Fonte: Sousa, et al, 2018.
	O estudo de SOUSA, et al, comprova o uso da titulação condutométrica como prática para determinar a quantidade do ácido acetilsalicílico em aspirinas, atribuindo, desta forma, outra aplicação importante da condutometria. 
Ademais, outra aplicação interessante da condutometria é a determinação de nitrogênio em matéria orgânica. O nitrogênio é convertido em amônia, que é, então, absorvida em uma solução de ácido bórico para a medida de condutância, dessa forma é possível determinar o teor de nitrogênio em matéria orgânica. 
Outra aplicação importante da condutividade elétrica é em combustíveis e em bio-óleos. Esta aplicação consiste na medida da corrente resultante da aplicação de uma dada força elétrica na solução, sendo um parâmetro diretamente proporcional ao número de íons presentes na solução. Esse fator se relaciona com a quantidade de íons presentes na amostra com a capacidade de dissipar cargas elétrica, dessa forma, quanto mais baixa for a condutividade elétrica do combustível, menor será a habilidade de dissipar cargas, com isso será necessário o uso de aditivos dissipadores de eletricidade estática (SCHAFER, 2017). 
3.2 Aplicação na agronomia 
	A condutividade elétrica pode, também, ter aplicações na agronomia. 
Uma delas é na produção de vegetais por hidroponia. A variação da condutividade elétrica da solução nutritiva altera a absorção de água e nutrientes pelas plantas, interferindo no metabolismo e, consequentemente, na produção das mesmas. As mudanças na absorção de água e nutrientes, proporcionadas pela variação da condutividade do meio nutritivo, levam a alterações da fisiologia das plantas (COSTA, et al, 1999). 
O estudo realizado por COSTA, et al, procurou estudar o efeito da condutividade elétrica da solução nutritiva e produção de alface em hidroponia. Para tal estudo eles avaliaram a quantidade de nutrientes que três amostras da hortaliça tinham no final de um mês, sendo que cada amostra tinha sido cultivada em uma solução nutritiva com condutividade elétrica diferente, as condutividades usadas foram 1,46mScm-1, 2,46mScm-1 e 4,21mScm-1, todas podendo ter variação de 0,24mScm-1. No final do estudo a amostra que foi cultivada na solução nutritiva com 2,46mScm-1 apresentou melhores resultados, visto que teve maior absorção de nutrientes e a hortaliça se desenvolveu melhor. 
Outra aplicação da condutividade elétrica na agronomia é em sementes. A utilização de sementes de alta qualidade é o fator predominante para o sucesso de qualquer cultura, por isso, vários testes de vigor são indispensáveis dos laboratórios de análises de sementes. Nos programas de controle de qualidade interno das empresas produtoras de sementes a rapidez na obtenção dos resultados é um fator de extrema importância, por isso se usa normalmente o teste de condutividade elétrica. Diante disto, várias pesquisas vêm sendo desenvolvidas no sentido de reduzir o período de embebição, que consiste na primeira fase de germinação da semente, onde ocorre a absorção de água pelas células da semente, para a avaliação da condutividade elétrica em diferentes espécies, tais como amendoim, feijão de vagem, quiabo, tomate, pimentão, abobrinha e cebola (VIDIGAL, et al, 2008). 
O valor da condutividade elétrica medida na solução de embebição de sementes é função da quantidade de íons lixiviados, estando diretamente relacionado com a integridade das membranas celulares. Desta forma, membranas mal estruturadas e células danificadas estão, geralmente, associadas com o processo de deterioração da semente, ou seja, com sementes de baixo vigor (VIDIGAL, et al, 2008). 
Para a condução do teste de condutividade elétrica, a AOSA recomenda quatro repetições de 25 sementes, porém alguns estudos, afim de adequar o teste, avaliaram diferentes tipos de semente. O estudo feito por VIDIGAL, et al, trabalhando com sementes de pimenta, concluiu que a melhor combinação para a realização do teste são 50 sementes embebidas em 25ml de água destilada. Entretanto, o estudo feito por SÁ observou para cultivares de tomate Petomech e Santa Clara que a variação no número de sementes usadas (25, 50 e 100 sementes) não afeta os valores de condutividade elétrica. 
Além da variação do número de sementes da amostra, o tempo de embebição das sementes tem efeito decisivo na capacidade de o teste permitir distinguir diferenças de qualidade de lotes. Tradicionalmente, o teste de condutividade elétrica é conduzido utilizando-se o período de embebição de 24 horas, contudo, recentemente vários trabalhosindicaram a possibilidade de utilização de um período mais curto de embebição das sementes. VIDIGAL, et al, avaliando as sementes de pimenta observaram que a embebição das sementes por apenas uma hora já é eficiente, enquanto que na semente de abobrinha DUTRA, et al, verificaram que, após o período de oito horas de condicionamento, foi possível a identificação de lotes de melhor desempenho. 
4 LEGISLAÇÃO VIGENTE
Segundo a Agência Nacional de Águas (ANA), há um limite de condutância para cada tipo de água, a tabela abaixo mostra o tipo de água e seu limite de condutância. 
Tabela 1 – Limite de condutância em águas
	Tipo de água
	Limite de condutância
	Água pura
	0,055mScm-1
	Água destilada
	0,5mScm-1
	Água mineral
	30 a 700mScm-1
	Água potável
	500mScm-1
	Água do mar
	56000mScm-1
	Água doméstica
	500 a 800mScm-1
Fonte: Agência Nacional de Águas
	Na determinação dos eletrólitos residuais, em água potável, água desmineralizada, água para alimentação de caldeiras e efluentes o limite de condutância é 1,4mScm-1 em 1 mgL-1 de sais dissolvidos. 
	A resolução da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) nº 7, de 2013, especifica para o etanol anidro combustível (EAC) e o etanol hidratado combustível (EHC) o limite para a característica de condutividade elétrica de 389 µS/m à 25ºC. E a resolução ANP, nº 30, de 2016 especifica para o óleo diesel BX a B30 o limite mínimo de 2,5x10-7µS/cm.
	
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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BRASIL. Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Resolução nº 3, de 23 de junho de 2016. Disponível em: <https://bit.ly/2ygRtE9> Acesso em: 19 de mai. 2020.
BASTOS, Erick Juan Melo. Uma revisão sobre química eletrolítica: análise condutométrica, seus conceitos e aplicações. Disponível em: <https://bit.ly/2T0pAHF> Acesso em: 13 de mai. 2020. 
COSTA, Paulo César. DIDONE, Evanessa. SESSO, Thaís. CAÑIZARES, Kathia Alexandra Lara. GOTO, Rumy. Condutividade elétrica da solução nutritiva e produção de alface em hidroponia. Disponível em: <https://bit.ly/2z4qLz7> Acesso em: 19 de mai. 2020.
DA SILVA, J. L.; CAMARGO, J. S.; MARCHESIN, C. M.; Cardoso, C. A. L.; FIORUCCI, A. R. Determinação de Bentazon por Titulação Condutométrica Usando Ácido Clorídrico como Titulante. Disponível em: <https://bit.ly/2WN5cL6> Acesso em: 13 de mai. 2020. 
DUTRA, Alek Sandro Dutra. VIEIRA, Roberval Daiton. Teste da condutividade elétrica para a avaliação do vigor de sementes de abobrinha. Disponível em: <https://bit.ly/2LLMdvt> Acesso em: 21 de mai. 2020. 
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