alcalinidade e dureza da água

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Licenciatura em Ciências Biomédicas Laboratoriais 
 
Determinação da alcalinidade e da dureza em 
amostras de Águas/Águas Residuais 
 
 
 
Autor: 
Alexandra Fernandes, nº 20150612 
Filipa Correia, nº 20150600 
 
Unidade curricular: 
Análises de Águas e Alimentos 
Docente Responsável: 
Maria da Conceição Santos 
 
Maio de 2016 
1 
 
Índice geral 
 
 
1. Introdução e objetivos .............................................................................................................. 2 
2. Material e Métodos ..................................................................................................................... 5 
3. Discussão dos resultados ....................................................................................................... 6 
3.1. Determinação da alcalinidade ......................................................................................... 6 
3.2. Determinação da dureza ................................................................................................... 8 
4. Considerações finais ............................................................................................................... 11 
5. Bibliografia ................................................................................................................................. 12 
 
 
 
Índice de imagens 
 
Figura 1 – Curva de titulação com as zonas de viragem para o indicador de fenolftaleína 
e alaranjado de metilo [5]. .................................................................................................. 3 
Figura 2 – Fenolftaleína como indicador de pH. ............................................................... 6 
Figura 3 - Alaranjado de metilo como indicador de pH. ................................................... 7 
Figura 4 - Metalocrómico como indicador de pH. ............................................................. 9 
 
 
2 
 
1. Introdução e objetivos 
 
 A alcalinidade da água é uma característica que consiste na capacidade de a água 
neutralizar compostos ácidos devido à presença de bicarbonatos (HCO3-), carbonatos (CO32-
) e hidróxidos quase sempre na forma de metais, por outro lado a alcalinidade provoca 
depósitos de bicarbonato nas redes de distribuição e, portanto é necessário diminuir o seu 
impacto negativo. É a medida da capacidade que uma água tem para reagir com um ácido 
forte até um determinado valor de pH. É expressa em miligramas de carbonato de cálcio por 
litro (mg/L CaCO3). A determinação da alcalinidade não é um parâmetro muito importante 
podendo apenas provocar alteração do sabor da água. No entanto, a determinação desta 
característica pode ter a sua relevância para o controlo de determinados processos de 
tratamento como a coagulação/floculação e o amaciamento fornecendo informações 
importantes sobre as características corrosivas e incrustantes da água e permitindo também, 
avaliar a sua capacidade tampão. Na determinação deste parâmetro, o surgimento de 
hidróxidos é sinalizador de situações de contaminação geralmente proveniente de descargas 
de efluentes de origem industrial. Por outro lado, as zonas geológicas e respetivos estratos 
rochosos também tem influência nos valores de alcalinidade porque nas zonas rochosas onde 
predominem calcários ou mármores, a concentração de bicarbonatos e carbonatos será maior 
devido ao contacto e erosão das mesmas levando os sais das rochas a dissolverem-se na 
água contribuindo para o aumento da alcalinidade. A determinação desta é realizada a partir 
de um método volumétrico por titulação de neutralização ácido/base dado que os iões que 
determinam a alcalinidade possuem características básicas e reagem quimicamente com 
ácidos. Para determinar o ponto final da reação de neutralização utilizam-se indicadores com 
pontos de viragem de acordo com as diferentes formas de alcalinidade, seja bicarbonatos, 
carbonatos e hidróxidos. Para determinar a alcalinidade de uma água faz-se a titulação com 
uma solução aferida de uma ácido forte partindo do conhecimento de dois pontos sucessivos 
de equivalência indicados por meio da fenolftaleína e alaranjado de metilo. A fenolftaleína vai 
ser utilizada para calcular a alcalinidade aos hidróxidos que corresponde aos teores de 
hidróxido e de metade dos carbonatos presentes na água, expressa em mg/L CaCO3 e 
determinado pelo consumo de ácido até atingir um pH de 8,3. O alaranjado de metilo vai ser 
utilizado para calcular a alcalinidade total que corresponde ao teor de hidróxidos, carbonatos 
e bicarbonatos, expressa em mg/L CaCO3e determinado pelo consumo de ácido até atingir 
um pH de 4,3. O inicio da titulação, dá inicio também a uma sequência de reações em que os 
hidróxidos serão os primeiros iões a ser neutralizados, posteriormente os iões carbonato e 
por fim os bicarbonatos tendo em conta que são neutralizados a pH’s consecutivamente mais 
3 
 
baixos seguindo a ordem referenciada. Relativamente aos carbonatos existe ainda uma 
particularidade que importa reter que tem a ver com a sua neutralização em duas fases, ou 
seja, metade da concentração dos carbonatos são neutralizados até pH 8, 3 e a outra metade 
é neutralizada juntamente com os bicarbonatos até pH 4,3. Assim, uma água que só contenha 
bicarbonatos possui uma alcalinidade aos hidróxidos igual a 0 e uma alcalinidade total igual a 
concentração de bicarbonatos. Numa água que contenha carbonatos e bicarbonatos, a 
alcalinidade aos hidróxidos é igual a metade da concentração de bicarbonatos e a alcalinidade 
total é igual à concentração de carbonatos e bicarbonatos. Uma água que possui elevada 
alcalinidade apresenta valores de CaCO3 superiores a 2000 mg/L e águas que possuam baixa 
alcalinidade possuem valores inferiores a 20 mg/L [1-5]. 
 O objetivo da determinação da alcalinidade vai ser conjeturar acerca da concentração 
de bicarbonatos (HCO3-), carbonatos (CO32-) e hidróxidos (HO-) a partir de uma titulação 
utilizando como titulante o ácido sulfúrico e dois indicadores que permitirão determinar o ponto 
da titulação e verificar a prevalência das diferentes espécies químicas de acordo com a 
viragem dos indicadores colorimétricos na curva de titulação [1, 4, 5]. 
 
Figura 1 – Curva de titulação com as zonas de viragem para o indicador de fenolftaleína e alaranjado de metilo [5]. 
 
 A determinação da dureza total de uma água é devida sobretudo à presença de catiões 
bivalentes de metais como Ca2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+e Mn2+ que reagem com a água sendo que 
este parâmetro é direcionado para as águas subterrâneas, visto que o contacto com o estrato 
rochoso é maior e, portanto a prevalência dos iões metálicos também será. Na natureza, estes 
catiões encontram-se associados aos carbonatos ou bicarbonatos no entanto, podem também 
estar associados a outros aniões como sulfatos, cloretos e nitratos sendo que os que têm 
Fenolftaleína 
Alaranjado de metilo 
4 
 
maior impacto na água são os bicarbonatos, os sulfatos, os cloretos e os nitratos de cálcio e 
magnésio. Segundo o Decreto-lei 243/2001 não é estipulado nenhum valor paramétrico para 
este parâmetro, dado que estes iões não são particularmente tóxicos. A dureza tem outras 
influências ao nível das águas tendo em conta que águas duras apresentam uma tendência 
maior para formar incrustações nas canalizações em que contacta sobretudo quando a 
temperatura se eleva ao ponto de ebulição. Com o aumento da temperatura, a água perde 
parte do CO2 que está dissolvido e provoca a precipitação do CaCO3. Tendo em conta estes 
fatores, considera-se que uma água que se destina à distribuição na rede pública não deverá 
ser agressiva e, portanto deve apresentar uma dureza residual inferior a 150 mg de CaCO3/L 
e também para evitar incrustações ao nível da canalização. Segundo a OMS (Organização 
Mundial de Saúde) o valor indicativo para a dureza da água é de 500 mg de CaCO3/L. A 
dureza das águas está intimamente relacionadacom a natureza do espaço geológico e estrato 
rochoso que a atravessa sendo habitual encontrar águas duras nas zonas de solos 
maioritariamente calcários resultado da dissolução da rocha calcária pelo gás carbónico 
existente na água. Uma água macia, ou seja de baixa dureza está relacionada com zonas 
graníticas. As águas subterrâneas são geralmente mais duras devido ao contacto mais 
prolongado com o estrato rochoso envolto comparativamente com as águas superficiais. A 
dureza total é calculada a partir da dureza temporária normalmente associada à presença dos 
iões bicarbonato que se eliminam por ebulição da água e pela dureza permanente que está 
associada aos sais de cálcio e magnésio que não são eliminados pela ebulição e que 
corresponde à diferença entre ambos [2, 4, 6-9]. 
 O objetivo da determinação deste parâmetro vai ser calcular a dureza total e dureza 
permanente e, consequentemente a partir destas calcular a dureza temporária a partir de uma 
titulação volumétrica caracterizada por aparecimento de uma coloração azul devido à 
presença do indicador metalocrómico e que indicará que todos os iões de cálcio e magnésio 
existentes na solução se encontram complexados com o titulante EDTA (ácido 
etilenodiaminotetracético) [4, 7, 9]. 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
2. Material e Métodos 
 
 O material e métodos utilizados obedece integralmente ao protocolo fornecido pela 
professora na aula sendo que não sofreu qualquer tipo de alteração tendo sido cumprido 
integral e rigorosamente como descrito. 
 
6 
 
3. Discussão dos resultados 
 
 Na realização do protocolo para determinação da alcalinidade e dureza foram 
utilizadas duas amostras de água B e F realizando-se o protocolo de igual forma para ambas 
exceto na determinação da dureza permanente e temporária que só foi determinada para uma 
das amostras. 
 
3.1. Determinação da alcalinidade 
 
 Determinação da alcalinidade dos hidróxidos para 50 mL de amostra: 
 
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜𝑠 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜𝑠 (fenolftaleína) (mg CaCO3/L) =
V1 × N × 50 × 1000
Vamostra
 (𝟏) 
 
N = normalidade do titulante = 0,02 
V1 = volume de titulante gasto (ácido sulfúrico 0,02 N) 
NOTA: O produto por 50 é o equivalente ao grama de CaCO3. 
Figura 2 – Fenolftaleína como indicador de pH. 
Amostra B 
 
V1 = 0,0 mL 
Alcalinidade dos hidróxidos (fenolftaleína) (𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3/𝐿) = 0,0 
 
Amostra F 
 
V1 = 0,0 mL 
Alcalinidade dos hidróxidos (fenolftaleína) (𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3/𝐿) = 0,0 
Fenolftaleína (indicador de pH) 
pH abaixo de 8,0 pH entre 8,0 e 10,0 pH entre 10,0 e 12,0 
Incolor 
Rosa Carmim 
 
⇋ ⇋ 
7 
 
 Na determinação da alcalinidade aos hidróxidos não foi realizada nenhuma titulação 
tendo em conta que ao ter sido adicionada a fenolftaleína, a água tornou-se incolor e, deste 
modo a reação de neutralização não foi realizada. Com a adição de fenolftaleína, se a água 
adquirisse uma cor rosa que indicaria a presença de iões é que se procederia à titulação com 
o ácido sulfúrico para quantificar o teor em hidróxidos. 
 Determinação da alcalinidade total para 50 mL de amostra e partindo da 
amostra anterior: 
 
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (alaranjado de metilo) (mg CaCO3/L) =
V2 × N × 50 × 1000
Vamostra
 (𝟐) 
 
N = normalidade do titulante = 0,02 
V2 = volume de titulante gasto (ácido sulfúrico 0,02 N) 
NOTA: O produto por 50 é o equivalente ao grama de CaCO3. 
 
Figura 3 - Alaranjado de metilo como indicador de pH. 
 
Amostra B 
 
V2 = 1,8 mL 
 
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (alaranjado de metilo) (mg CaCO3/L) =
V2 × N × 50 × 1000
Vamostra
 
 
⟺ 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎l (alaranjado de metilo) (mg CaCO3/L) =
1,8 × 0,02 × 50 × 1000
50
 
 
⟺ 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (alaranjado de metilo) (mg CaCO3/L) = 36,0 
 
Alaranjado de metilo (indicador de pH) 
pH abaixo de 3,1 pH acima de 4,4 
Laranja 
Amarelo 
⇋ 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Indicador_de_pH
8 
 
Amostra F 
 
V2 = 20,0 mL 
 
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (alaranjado de metilo) (mg CaCO3/L) =
V2 × N × 50 × 1000
Vamostra
 
 
⟺ 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (alaranjado de metilo) (mg CaCO3/L) =
20,0 × 0,02 × 50 × 1000
50
 
 
⟺ 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (alaranjado de metilo) (mg CaCO3/L) = 400,0 
 
 A determinação da alcalinidade total permitiu-nos inferir acerca do teor de hidróxidos, 
carbonatos e bicarbonatos, expressa em mg/L CaCO3 e determinado pelo consumo de ácido 
até atingir um pH de 4,3. Relativamente aos carbonatos sabe-se que apenas metade da 
concentração dos carbonatos é que foram neutralizados a este pH. Como uma água só 
apresenta elevada alcalinidade se apresentar valores de CaCO3 superiores a 2000 mg/L e 
baixa alcalinidade se possuir valores inferiores a 20 mg/L então conclui-se que nenhuma das 
amostras de água, B e F possuem elevada ou baixa alcalinidade, ou seja possuem valores 
ditos normais de alcalinidade sendo que não se encontram em nenhum dos extremos 
parametricamente estabelecidos [1, 4]. 
 
3.2. Determinação da dureza 
 
 Determinação da dureza permanente para 50 mL de amostra: 
 
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 (mg CaCO3/L) =
NEDTA × VEDTA × 50 × 1000
Vamostra
 (𝟑) 
 
NEDTA = normalidade do titulante = 0,02 
VEDTA = volume de titulante gasto (soluçao padra de EDTA 0,01 N) 
Vamostra = volume de amostra 
 
9 
 
 
Figura 4 - Metalocrómico como indicador de pH. 
Figura 4 - Metalocrómico como indicador de pH. 
Amostra B 
 
VEDTA = 0,6 mL 
 
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡e (mg CaCO3/L) =
NEDTA × VEDTA × 50 × 1000
Vamostra
 
 
⟺ 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 (mg CaCO3/L) =
0,02 × 0,6 × 50 × 1000
50
 
 
⟺ 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 (mg CaCO3/L) = 12,0 
 
 
 Determinação da dureza total para 100 mL de amostra: 
 
Amostra B 
 
VEDTA = 1,8 mL 
 
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (mg CaCO3/L) =
NEDTA × VEDTA × 50 × 1000
Vamostra
 
 
⟺ 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (mg CaCO3/L) =
0,02 × 1,8 × 50 × 1000
100
 
 
⟺ 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (mg CaCO3/L) = 18,0 
Metalocrómico (indicador de pH) 
pH abaixo de 5,5 pH acima de 6,0 
Vermelho 
Azul 
⇋ 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Indicador_de_pH
10 
 
 
Amostra F 
 
VEDTA = 32,2 mL 
 
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎l (mg CaCO3/L) =
NEDTA × VEDTA × 50 × 1000
Vamostra
 
 
⟺ 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (mg CaCO3/L) =
0,02 × 32,2 × 50 × 1000
100
 
 
⟺ 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (mg CaCO3/L) = 322,0 
 
 Determinação da dureza temporária para a amostra B: 
 
Amostra B 
 
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (mg CaCO3/L) = Dureza temporária + Dureza permanente (𝟒) 
⟺ D𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟á𝑟𝑖a (mg CaCO3/L) = Dureza total − Dureza permanente 
⟺ 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎 (mg CaCO3/L) = 18,0 − 12,0 
⟺ 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎 (mg CaCO3/L) = 6,0 
 
 Na determinação destes parâmetros foi possível concluir e tendo em conta que uma 
água que se destina à distribuição na rede pública não deverá ser agressiva e, portanto deve 
apresentar uma dureza residual inferior a 150 mg de CaCO3/L e segundo a OMS (Organização 
Mundial de Saúde) o valor indicativo para a dureza da água é de 500 mg de CaCO3/L, portanto 
a amostra B possui valores de dureza superior aos valores normais sendo considerada uma 
água dura com elevados teores de carbonato de cálcio, no entanto a água F apresenta valores 
inferiores a 150 mg de CaCO3/L pelo que está dentro dos valores normais para uma água não 
agressiva passível de circular nas redes de distribuição pública. Relativamente à amostra B, 
tendo em conta que foi calculada a dureza permanente em que se sujeitou a água ao 
aquecimento até à ebulição, também foi possível calcular a dureza temporária, visto que o 
aumento da temperatura levou à precipitação do Ca2+ e Mg2+ levando à formação dos 
11 
 
carbonatos de cálcio e magnésio o que permite seguidamente a sua quantificação como foi 
executado [4, 7, 9]. 
 
4. Considerações finais 
 
 Relativamente ao protocoloe estabelecendo uma ponte com os resultados que foram 
obtidos para a análise das duas amostras de água é possível concluir que a alcalinidade é um 
parâmetro que esta intimamente relacionado com a dureza e vice-versa visto que em ambos 
se determina e conjetura acerca dos teores de bicarbonato. 
 Na determinação da alcalinidade aos hidróxidos não foi realizada nenhuma reação de 
neutralização e desta forma é possível especular relativamente ao teor dos mesmos que neste 
caso foram igual a zero. Os resultados nulos para a alcalinidade aos hidróxidos é excelente 
tendo em conta à associação que têm com descargas de efluentes de zonas industriais, 
essencialmente. A determinação da alcalinidade total permitiu-nos inferir acerca do teor de 
hidróxidos, carbonatos e bicarbonatos, expressa em mg/L CaCO3. Como uma água só 
apresenta elevada alcalinidade se apresentar valores de CaCO3 superiores a 2000 mg/L e 
baixa alcalinidade se possuir valores inferiores a 20 mg/L então conclui-se que nenhuma das 
amostras de água, B e F possuem elevada ou baixa alcalinidade mas apresentam valores 
ditos normais de alcalinidade sendo que não se encontram em nenhum dos extremos 
parametricamente estabelecidos [4]. 
 Na determinação da dureza foi possível concluir e tendo em conta que uma água que 
se destina à distribuição na rede pública não deverá ser agressiva e, portanto deve apresentar 
uma dureza residual inferior a 150 mg de CaCO3/L e segundo a OMS (Organização Mundial 
de Saúde) o valor indicativo para a dureza da água é de 500 mg de CaCO3/L portanto a 
amostra B possui valores de dureza superior aos valores normais sendo considerada uma 
água dura com elevados teores de carbonato de cálcio, no entanto a água F apresenta valores 
inferiores a 150 mg de CaCO3/L pelo que está dentro dos valores normais para uma água não 
agressiva passível de circular nas redes de distribuição pública. Relativamente a amostra B, 
tendo em conta que foi calculada a dureza permanente também foi possível calcular a dureza 
temporária porque houve precipitação do Ca2+ e Mg2+ levando à formação dos carbonatos de 
cálcio e magnésio [4]. 
 
 
 
12 
 
5. Bibliografia 
 
1. Água, P.T.d. Determinação da Alcalinidade. Available from: 
http://tratamentodeagua.com.br/artigo/determinacao-da-alcalinidade/. 
2. Bogart, S.J., et al., Rapid changes in water hardness and alkalinity: Calcite formation 
is lethal to Daphnia magna. Science of the Total Environment, 2016. 559: p. 182-191. 
3. Madsen, M.M., Alkalinity. 2015, Salem Press. 
4. saúde, M.d.s.-f.n.d., Manual Prático de Análise de Água, F.-A.d.C.e.E.e. Saúde, Editor. 
2006. p. 146. 
5. Corgozinho, N., ebah - quimica analitica 
6. association, W.Q. Scale Deposits. Available from: https://www.wqa.org/Learn-About-
Water/Perceptible-Issues/Scale-Deposits. 
7. BBC. Hardness of water. 2014; Available from: 
http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/triple_ocr_gateway/chemistry_out
_there/hardness_of_water/revision/1/. 
8. Ungvarsky, J., Hard water. 2016, Salem Press. 
9. William A. Wurts, P.D.-S.S.S.f.A., UNDERSTANDING WATER HARDNESS - World 
Aquaculture.