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CADERNO PEDAGÓGICO QUÍMICA ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DE ÁGUAS E DE SOLOS PINHAIS 2008 ELISA SOARES SANTOS CADERNO PEDAGÓGICO QUÍMICA ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DE ÁGUAS E DE SOLOS DADOS DE IDENTIFICAÇÃO: Professor PDE: Elisa Soares Santos Área PDE: Química NRE: Área Metropolitana Norte Município: Pinhais Professor Orientador IES: Sônia Zanello IES vinculada: UTFPR Escola de Implementação: CEEP Newton Freire Maia Público objeto de intervenção: Alunos do Curso Técnico em Meio Ambiente PINHAIS 2008 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Secretaria de Estado da Educação Superintendência da Educação APRESENTAÇÃO O presente caderno pedagógico “ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DE ÁGUAS E DE SOLOS” de autoria da Professora Elisa Soares Santos, utiliza-se das ferramentas básicas da Química e engrandece esta ciência quando aborda dois compartimentos ambientais: solo e água. É um trabalho inovador e desafiador em que o aluno aprende técnicas de laboratório e conceitos de Química aplicados. Objetivando o ensino-aprendizagem, o presente material pode ser utilizado no monitoramento da qualidade de águas e solos de um determinado local. O manuseio e utilização deste material de formato singular oferecem a oportunidade de aguçar a curiosidade e anseio por pesquisa não só no aluno como também no professor. Os maiores desafios para educador e educando estão mais relacionados com a discussão dos resultados das análises de laboratório. Professora Sonia Zanello UTFPR SUMÁRIO UNIDADE 1 .............................................................................................................................. 1 1. SEGURANÇA EM LABORATÓRIO ......................................................................................... 1 2. ALGUNS APARELHOS UTILIZADOS EM LABORATÓRIO ....................................................... 2 UNIDADE 2 .............................................................................................................................. 3 1. VAMOS REVER ALGUNS CONCEITOS ................................................................................... 3 1.1 SOLUÇÃO, SOLUTO E SOLVENTE ....................................................................................... 3 2. CONCENTRAÇÃO COMUM .................................................................................................. 3 3. DENSIDADE DE UMA SOLUÇÃO .......................................................................................... 3 4. CONCENTRAÇÃO EM QUANTIDADE DE MATÉRIA .............................................................. 4 5. TÍTULO, PORCENTAGEM E PARTES POR MILHÃO ............................................................... 4 UNIDADE 3 ............................................................................................................................. 6 1. ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DE ÁGUAS E DE SOLOS ......................................................... 6 1.1 POTENCIAL HIDROGENIÔNICO ......................................................................................... 6 1.2 IMPORTÂNCIA DO pH PARA O TRATAMENTO DA ÁGUA ................................................. 7 1.3 IMPORTÂNCIA DO pH PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES ......................................... 7 1.4 IMPORTÂNCIA DA MEDIDA DO pH DO SOLO ................................................................... 8 2 MÉTODOS EXPERIMENTAIS ................................................................................................. 9 UNIDADE 4 ............................................................................................................................ 32 1. ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DA ÁGUA ............................................................................. 32 1.1 TEMPERATURA ............................................................................................................... 32 1.1.1 Importância da análise em águas naturais .................................................................. 32 1.1.2 Importância da temperatura para o tratamento da água ........................................... 32 1.1.3 Importância da temperatura para o tratamento de efluentes .................................... 32 2. TURBIDEZ .......................................................................................................................... 33 2.1 CONCEITO ....................................................................................................................... 33 2.2 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE TURBIDEZ EM ÁGUAS NATURAIS .................................. 34 2.3 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE TURBIDEZ PARA O TRATAMENTO DE ÁGUA ................. 34 2.4 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE TURBIDEZ PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES ........ 34 3. OXIGÊNIO DISSOLVIDO ..................................................................................................... 35 3.1 CONCEITO ....................................................................................................................... 35 4. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO ............................................................................ 40 4.1 CONCEITO ....................................................................................................................... 40 4.2 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DBO .................................................................................... 40 5. CONDUTIVIDADE ............................................................................................................. 47 5.1 CONCEITO ...................................................................................................................... 47 5.2 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE CONDUTIVIDADE EM ÁGUAS NATURAIS ...................... 47 5.3 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE PARA O TRATAMENTO DA ÁGUA ...................................... 48 6. SÓLIDOS ........................................................................................................................... 49 6.1 CONCEITO ...................................................................................................................... 49 6.2 SÓLIDOS DISSOLVIDOS ................................................................................................... 49 6.3 SÓLIDOS EM SUSPENSÃO ...............................................................................................49 6.4 SÓLIDOS SEDIMENTARES ............................................................................................ 50 6.5 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE SÓLIDOS EM ÁGUAS NATURAIS ................................. 50 6.6 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE PARA O TRATAMENTO DA ÁGUA .................................... 51 6.7 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES ............................ 51 7. ALCALINIDADE ............................................................................................................... 54 7.1 CONCEITO .................................................................................................................... 54 7.2 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE ALCALINIDADE PARA O TRATAMENTO DE ÁGUA ..... 54 7.3 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE ALCALINIDADE PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES ..55 8. NITRITOS ....................................................................................................................... 57 8.1 DEFINIÇÃO .................................................................................................................. 57 8.2 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE NITRITOS EM ÁGUAS NATURAIS ................................ 58 8.3 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE NITRITOS PARA O TRATAMENTO DE ÁGUA ............... 58 8.4 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE NITRITOS PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES ......58 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 61 UNIDADE 1 1. SEGURANÇA EM LABORATÓRIO Um laboratório pode tornar-se perigoso se não seguirmos algumas normas de segurança: a) Aguarde, junto à porta principal, a autorização do professor para entrar no laboratório e permaneça com o guarda-pó abotoado. b) Cada equipe é responsável por sua bancada que deve estar limpa e organizada e com a devolução de reagentes e vidraria seca nos locais apropriados. Não colocar livros, sacolas, ferramentas, etc., sobre a bancada. c) Não correr, comer, beber ou fumar. Qualquer que seja a situação procure manter a calma. d) Não cheire diretamente uma substância. Mantenha o rosto afastado e com movimentos da mão dirija os vapores na direção do nariz. e) Se alguma substância cair na sua pele lave imediatamente o local com bastante água. Se houver um acidente, mesmo que lhe pareça sem importância, avise o professor. f) Ao diluir ácidos, junte ácido à água com cuidado, nunca faça o procedimento ao contrário. g) Nunca use a chama direta para aquecer substâncias inflamáveis. Ao aquecer uma solução em tubo de ensaio realize constante agitação, e não direcione a extremidade aberta para si ou para seus colegas. Ao terminar o aquecimento apague a chama, fechando o bico de gás e o registro. h) Utilize a capela quando houver desprendimento de gases tóxicos ou irritantes. i) Localize e conheça o funcionamento dos extintores de incêndio. j) Rotule os recipientes antes de enchê-los e não retorne os reagentes aos vidros primitivos, limpando os eventuais respingos imediatamente e lavar as mãos após cada experimento. k) Ao trabalhar com materiais de vidro, proceda com cuidado para evitar quebras e cortes perigosos. l) Ao levar cadinhos ou cápsulas a fornos em altas temperaturas, realize um pré- aquecimento em bicos de gás. Isto evita os choques térmicos, que podem estourar o recipiente. Nos laboratórios e nos rótulos de reagentes são utilizados alguns símbolos universais para indicar perigo. Vejam alguns deles: 2 2. ALGUNS APARELHOS UTILIZADOS EM LABORATÓRIO UNIDADE 2 1. VAMOS REVER ALGUNS CONCEITOS 1.1 SOLUÇÃO, SOLUTO E SOLVENTE Quando você coloca um pouco de açúcar na água e mexe até obter uma só fase, está fazendo uma solução. O mesmo acontece se você adicionar um pouquinho de sal à água e misturar bem. Solução é o nome dado a qualquer mistura homogênea. Quando uma substância é capaz de dissolver outra, costumamos chamá-la de solvente. A substância que é dissolvida num solvente, a fim de fazer uma solução, é denominada soluto. Se uma solução é preparada com o solvente água, dizemos que é uma solução aquosa. 2. CONCENTRAÇÃO COMUM Uma das maneiras usadas pelos químicos para expressar a concentração de uma solução é por meio da massa de soluto dissolvida em certo volume dessa solução. É denominada concentração comum. Em equação: C = m soluto V solução Veja um exemplo: Se no rótulo de um frasco que contém uma solução aquosa, existe a informação que ela é 50g/L, isso deve ser interpretado como: existem 50 g de soluto em cada litro de solução. 3. DENSIDADE DE UMA SOLUÇÃO É o resultado da divisão da massa pelo seu volume. Em equação: d = m solução V solução Fique atento para não confundir densidade com concentração comum. A concentração comum expressa a massa de soluto presente num certo volume de solução. Já a densidade 4 de uma solução expressa a massa total (isto é, a de soluto mais a de solvente) de um certo volume de solução. 4. CONCENTRAÇÃO EM QUANTIDADE DE MATÉRIA No Sistema Internacional de Unidade (SI), a quantidade de matéria é expressa por meio da unidade mol. A quantidade de mols de uma substância está diretamente relacionada à quantidade de partículas em nível microscópico (átomos, moléculas, íons, etc.). Expressar a concentração em quantidade de matéria de uma solução nada mais é do que dizer quantos mols de soluto há em cada litro de solução. Em equação: M = n soluto V solução Nessa expressão, o volume da solução deve ser expresso em decímetro cúbico, ou litro, Assim, a unidade para expressar a concentração em quantidade de matéria é mol/dm3 ou mol/L. 5. TÍTULO, PORCENTAGEM E PARTES POR MILHÃO 5.1 TÍTULO EM MASSA Imagine que você tenha adicionado 10 g de açúcar a 90 g de água e tenha mexido bem até total dissolução do açúcar. A massa total dessa solução será 100 g, dos quais 10 g é a parte correspondente ao soluto, o açúcar. Em equação: Tm = m soluto m solução Em palavras: O título em massa de uma solução expressa a relação entre a massa de soluto presente numa amostra dessa solução e a massa total dessa amostra de solução. 5.2 PORCENTAGEM EM MASSA Considerando o exemplo da solução de açúcar ou T=0,10, podemos dizer que, qualquer que seja a alíquota de solução que consideremos, a massa do soluto corresponde a 10% da 5 massa total. Assim, podemos afirmar que a porcentagem em massa do soluto na solução é 10%. Quando o título em massa (Tm) que é um número sem unidade, maior que zero e menor que um é expresso em porcentagem, tem-se a porcentagem em massa do soluto na solução. 5.3 PARTES POR MILHÃO (ppm) Para um soluto em concentração muito pequena, o título ou a porcentagem são números muito pequenos. É comum, nessas situações o uso da unidade partes por milhão, representada por ppm. Vejamos alguns exemplos: A concentração de íons chumbo (Pb2+), não pode ser superior a 0,05 ppm na água, para o consumo humano. Isso significa que, se houver mais de 0,05 g de íons chumbo em 10 6g (um milhão de gramas) de líquido, essa água é considerada imprópria para consumo. Segundo a Resolução do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), quando a concentração do monóxido de carbono no ar atmosférico monitorado por um período mínimo de 8 horas, atingir o valor 15 ppm em volume, isso deve desencadear por parte das autoridades um estado de atenção. Se atingir 30 ppm em volume, entra-se em estado de alerta. Essa concentração equivale a 30 litros de monóxido de carbono (CO) em cada 10 6 L (um milhão de litros) de ar. Admitindo que um indivíduo inale 9 mil litros de ar por dia, quantos litros de monóxido de carbono estará inalando nesse período, se a concentração desse gás no ar for correspondente ao estado de alerta (30 ppm em volume)? O cálculo pode ser feito por meio da seguinte regra de três: Volume de ar volume de CO 1. 10 6 L_______________________30 L 9. 10 3 L_______________________x X= 0,27L = 270 ml UNIDADE 3 1. ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DE ÁGUAS E DE SOLOS 1.1 POTENCIAL HIDROGENIÔNICO- pH O pH é uma medida do equilíbrio entre as cargas de hidroxilas (OH-) e de íons de hidrogênio (H+). A letra “p” minúscula que aparece nessas notações deriva de potência, lembrando o expoente que aparece na definição dos logaritmos. Sendo assim: pH é a potência hidrogeniônica e pOH é a potência hidroxiliônica. O químico dinamarquês Soren Sörensen (1868-1939) propôs em 1909, o uso de logaritmos para transformar os valores de pH e pOH em números mais cômodos. Surgiu então: [H+] . [OH-]= 10-14 Extraindo os logaritmos: log [H+] + [OH-]= -14 Trocando os sinais: - log [H+] - log [OH-]=14 pH + pOH=14 De acordo com os valores, em soluções neutras como a água pura, o pH é 7, enquanto em soluções alcalinas variam de 8 a 14 e em soluções ácidas, a variação é de 1 a 6. Em águas naturais o valor de pH oscila entre 6,5 e 8,5 e pH na faixa de 6,0 e 9,0 são considerados compatíveis para a maioria dos organismos. Os valores de pH podem mudar conforme a hora do dia, por conta dos processos bioquímicos que ocorrem na água no momento. Um exemplo é a incidência de radiação solar na água que desencadeia a fotossíntese. Como o dióxido de carbono (CO2) reage com as moléculas de água produzindo o íon Hidrogênio (H+), o pH tende a acidez. A remoção desse dióxido de carbono resulta em que menor número de íons hidrogênio sejam formados, levando o pH a uma tendência de alcalinidade, que se reflete no seu pico máximo, à tarde. Durante a noite, o processo de fotossíntese é interrompido em virtude da falta de energia solar e novamente o CO2 se acumula na água, gerando acidez. A determinação do pH é de extrema importância para a realização de análises que dependem dos valores ajustados ou não de pH e também para o controle de despejos industriais evitando impactos ambientais. O controle de pH também é de grande significado no processo de digestão anaeróbica do lodo bruto, no controle da acidez do solo para possibilitar certas culturas agrícolas, nos clubes, é muito comum a medida de pH nas águas das piscinas, nos aquários para criação de peixes onde valores muito baixos ou altos de pH podem causar a morte dos peixes. 7 Segundo a Resolução CONAMA 357/05, o pH para águas doces pode variar entre 6 e 9. Para águas salinas são estabelecidos os limites entre 6,5 e 8,5. Para as águas salobras os limites estabelecidos são de 6,5 a 8,5. 1.2 IMPORTÂNCIA DO pH PARA O TRATAMENTO DA ÁGUA A análise do pH é importante em diversas etapas do tratamento: nos processos de coagulação química, utilizando o sulfato de alumínio para águas naturais turvas, o resultado é satisfatório quando o pH está na faixa de (7 a oito ). Nas águas que apresentam cor elevada, o pH ideal deve estar na faixa de (4 a 6). Pode-se dizer que águas com turbidez coagulam em pH alcalino e água com cor elevada coagula em pH ácido. Na desinfecção das águas o processo é melhor em pH ácido do que em pH alcalino. A Portaria MS 518/04 recomenda que a cloração seja realizada em pH inferior a 8, pois em águas alcalinas o consumo de cloro é maior. Freqüentemente o pH necessita ser corrigido antes e/ou depois da adição de produtos químicos no tratamento, pois pH baixo pode haver corrosividade e agressividade das águas de abastecimento. A corrosão pode adicionar constituintes tais como ferro, cobre, chumbo, zinco e cádmio na água. Com o pH elevado existe a possibilidade de incrustações nas águas de abastecimento. A portaria MS 518/04 recomenda que no sistema de distribuição o pH da água seja mantido na faixa de 6,0 a 9,5. 1.3 IMPORTÂNCIA DO pH PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES O esgoto quando é fresco é ligeiramente alcalino (pH maior que 7). O brusco abaixamento de pH nos esgotos que chegam a ETE pode indicar o lançamento de algum resíduo industrial nos coletores. Valores de pH afastados da neutralidade tendem a afetar as taxas de crescimento de microorganismos importante no processo de digestão anaeróbica do lodo bruto. Quando fora dos limites de lançamento, que segundo a Resolução CONAMA 357/05, estão na faixa de 5 a 9 o pH do efluente deve ser tratado antes do lançamento, para evitar impactos sobre o corpo receptor. 8 1.4 IMPORTÂNCIA DA MEDIDA DO pH DO SOLO A medida do pH do solo é muito importante na agricultura. O pH do solo mede a atividade do íon Hidrogênio (H+) e é expresso em termos logarítmicos. O significado prático da relação logarítmica é que cada unidade de mudança no pH no pH do solo significa uma mudança de dez vezes no grau de acidez ou de alcalinidade. Isso quer dizer que um solo com pH 6, tem um grau de acidez dez vezes maior que um solo com pH 7, ou seja, dez vezes mais H+ ativo. De acordo com RAIJ (1991), o alumínio é a causa da acidez excessiva dos solos, sendo um dos responsáveis pelos efeitos desfavoráveis desta sobre os vegetais, por ser um elemento fitotóxico. Em condições elevadas de acidez dos solos podem ocorrer também teores solúveis de outros metais, como manganês e até ferro, também tóxico para as plantas se absorvidos em quantidades excessivas. Outras causas da acidez, segundo COELHO (1973), são os cultivos intensivos, pois as plantas retiram do solo nutrientes essenciais de que necessitam para seu desenvolvimento e produção e, como as adubações são geralmente deficientes em cálcio e magnésio, o solo vai empobrecendo nessas bases trocáveis, ficando em seu lugar íons de hidrogênio. A erosão também pode ser uma das causas, pois ocorre a remoção da camada superficial do solo, que possui maiores teores de base e favorece a acidificação do solo, expondo as camadas mais ácidas do subsolo. Os solos que têm o pH entre 5,8 e 7,5 tendem ser livres de problemas do ponto de vista do crescimento de plantas. Abaixo do pH 5, poderá haver deficiência de elementos cálcio, magnésio, fósforo, molibdênio, boro, ou toxidez de alumínio, manganês, zinco e outros metais pesados. A presença de pH entre 8 e 8,5 indica a ocorrência de carbonato de cálcio e/ou magnésio livres e baixas disponibilidades dos elementos fósforo, manganês, zinco e cobre. Cada vegetal cresce melhor em um determinado valor de pH. Duas espécies que requerem solo ácido são a erva-mate e a mandioca, uma vez que são nativas da América, onde predominam solos ácidos. Culturas como soja, alfafa, algodão e feijão são menos tolerantes à acidez do solo, ou seja, se adaptam e crescem melhor em solos corrigidos com calcário (CaCO3), cujo pH se situa na faixa de 6,0 a 6,2. O pH do solo não influencia apenas o crescimento de vegetais. A Hortênsia, por exemplo, produz flores azuis em solos ácidos e flores rosa em solos alcalinos. 9 2. MÉTODOS EXPERIMENTAIS PRÁTICA Nº 01 - MEDIDA DO POTENCIAL HIDROGENIÔNICO - pH DA ÁGUA, PELO MÉTODO POTENCIOMÉTRICO Reagentes e Soluções: • Solução Tampão pH 4,0 • Solução Tampão pH 7,0 Procedimento: Calibração do equipamento • Ligar o equipamento e deixar aquecer por 30 minutos; • Mergulhar o eletrodo no Becker que contém a solução tampão pH 7,0 e ligar o seletor do instrumento para a leiturado pH; • Ajustar o controle apropriado, até a leitura coincidir com o valor do pH conhecido para a solução tampão; • Desligar o seletor de leitura do pH, remover o eletrodo e enxaguar com água destilada; • Mergulhar o eletrodo em um segundo Becker contendo solução tampão pH 4,0, ligar o seletor de leitura de pH e ajustar o controle; • Desligar o seletor de leitura do pH, remover o eletrodo, enxaguar com água destilada e colocá-lo na primeira solução tampão; • Confirmar a leitura no medidor, caso não confirme, repetir o processo de calibração. Processamento da amostra • Retirar o eletrodo da solução de repouso KCl-3M. • Lavar o eletrodo com água destilada. • Secar o eletrodo com papel absorvente. • Medir a temperatura da amostra e ajustá-la com a do aparelho. • Mergulhar o eletrodo na amostra. • Posicionar o seletor na posição pH e fazer a leitura do pH da amostra. • Posicionar o seletor na posição “stand by”. • Lavar o eletrodo com água destilada e depois mergulhá-lo em solução de KCl-3M. • Expressar o resultado lido no aparelho com no mínimo uma casa decimal. Não possui unidade. 10 PRÁTICA Nº 02 - PREPARAÇÃO DA AMOSTRA DO SOLO PARA ANÁLISE Princípio do Método Secagem, destorroamento, separação das frações do solo por tamização e homogeneização da fração < 2 mm, denominada “terra fina seca ao ar” (TFSA), que é usada para as determinações. Equipamento - Colocar a amostra identificada espalhada sobre uma folha de papel em um tabuleiro e destorrar, manualmente os torrões existentes; - Efetuar a completa secagem da amostra ao ar em ambiente ventilado (TFSA), ou em estufa com circulação de ar forçada, à temperatura de 40oC (TFSE); - Transferir a amostra para um gral e proceder o destorroamento com auxílio de pistilo; - Passar a amostra através de peneira com malha de 2 mm. Descartar a parte da amostra retida na peneira. Transferir a TFSA para recipiente apropriado, devidamente identificado. Nota: Utilizar de preferência peneira de nylon e trado de ferro e não de aço, para não contaminar a amostra. PRÁTICA Nº 03 - DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ ATIVA OU ATUAL (EMBRAPA, 1999) Existem no solo íons H+ em vários “estados” que contribuem para a acidez do terreno: há os H+ livres na solução, há os H+ adsorvidos à superfície das partículas coloidais. Há, também, os H+ combinados e que podem dissociar-se, como alguns que fazem parte de compostos orgânicos e de monômeros e polímeros de alumínio. A acidez ativa é a acidez devida aos íons H+ dissociados na solução do solo. 11 METODOLOGIA REAGENTES MATERIAIS solução padrão pH 4,0 1 Copo de béquer de 50 ml solução padrão pH 7,0 proveta de 25 ml solução de cloreto de cálcio 0,01 mol/L bastão de vidro potenciômetro cachimbo volumétrico ou balança analítica PROCEDIMENTOS: a) Com cachimbo volumétrico, transferir 10 cm3 ou 10g de terra fina seca ao ar (TFSA) para o copo de béquer; b) Adicionar 25 ml de solução de CaCl2 0,01 mol/L; c) Agitar a mistura com bastão e deixar em repouso por 15 minutos; d) Agitar novamente a solução vigorosamente por 5 minutos com bastão de vidro ou agitador de hélice; e) Deixar em repouso por cerca de 30 minutos; f) Calibrar o potenciômetro com as soluções-padrão de pH 4,0 e pH 7,0; g) Fazer a leitura mergulhando o eletrodo na suspensão do solo de forma que sua ponta toque ligeiramente a camada sedimentada, verifique que a saída de referência fique imersa. PRÁTICA Nº 04- DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ POTENCIAL OU DE RESEVA (UFPR, 2003) Essa acidez é representada pelos íons H+ e Al3+ que se encontram adsorvidos nas partículas coloidais do solo. Estes íons encontram-se em equilíbrio com íons da solução e, portanto, quando há uma elevação do pH do pH da solução, os íons passam para a solução com a finalidade de manter o pH constante. Este efeito é chamado de poder tamponante do solo, que deve ser considerado quando vai se fazer a correção do solo. 12 METODOLOGIA REAGENTES: Solução SMP PREPARO DA SOLUÇÃO SMP: Em balão volumétrico de 1 L, colocar nesta ordem: 106,2 g de cloreto de cálcio (CaCl2 . 12 H2O), 6,0 g de dicromato de potássio (K2CrO4), 4,0 g de acetato de cálcio (Ca(CH3CO2)2) e 5 ml de trietanolamina. Acrescentar água. Separadamente, dissolver 3,6 g de p-nitrofenol em cerca de 200 ml de água quente, filtrando se houver impurezas. Acrescentar esta solução ao balão volumétrico e completar o volume. PROCEDIMENTOS: a) Na mesma amostra que foi feito o pHCaCl2 adicionar 5 ml de SMP; b) Agitar em agitador circular por 15 minutos e deixar em repouso por uma noite; c) No dia seguinte, agitar novamente (15 minutos) e deixar em repouso por 40 minutos; d) Calibrar o potenciômetro com os tampões 4,0 e 7,0; e) Efetuar a leitura do potenciômetro tomando os mesmos cuidados. Os resultados de H+ e Al3+ podem ser obtidos com o uso da equação: Ln(H + Al)= 7,76 - 1,053 pHSMP de solos com resultados de H + Al obtidos por extração de 5cm3 de solo com 100 ml de acetato de cálcio 1N a pH 7,0 Observação: Não proceder a leitura com tempo de repouso superior a 3 horas em virtude do efeito de oxirredução. PRÁTICA Nº 05 - ACIDEZ POTENCIAL (H+ + Al3+) ATRAVÉS DO ACETATO DE CÁLCIO (EMBRAPA, 1999) Esta acidez é representada pelos íons H+e Al 3+ que se encontram adsorvidos nas partículas coloidais do solo. Estes íons encontram-se em equilíbrio com os íons da solução e, portanto, quando há uma elevação do pH da solução, os íons passam para a solução com a finalidade de manter o pH da solução constante, este efeito é chamado de poder tamponante do solo, que tem que ser considerado quando vai se fazer a correção do solo. 13 METODOLOGIA REAGENTES MATERIAIS TFSA Balança analítica Solução de acetato de cálcio 0,5M pH 7,1-7,2 2 Erlenmeyer 125 ml c/rolha Solução de NaOH 0,025 mol/L 1 proveta de 75 ml Solução alcoólica de fenolftaleína 10g/L 2 copos de béquer de 100 ml 1 pipeta volumétrica de 25 ml 1 bureta de 25 ml PROCEDIMENTOS 1. EXTRAÇÃO a) Colocar 5 cm3 de TFSA em erlenmeyer de 125 ml; b) Adicionar 75 ml de solução de acetato de cálcio 0,5 mol/L (pH 7,1-7,2); c) Arrolhar imediatamente. Agitar algumas vezes durante o dia; d) Deixar decantar durante uma noite, após desfazer os montículos que se formam no fundo dos erlenmeyers. 2. DETERMINAÇÃO a) Pipetar 25 ml do extrato. Passar para o béquer de 100 ml; b) Titular com solução de NaOH 0,025 mol/L, usando 3 gotas de fenolftaleína a 10 g/L como indicador. A titulação se completa quando o líquido, antes incolor, apresentar uma cor rósea persistente; c) Efetuar prova em branco, estabelecendo o ponto de viragem de cada amostra em comparação com a tonalidade do róseo obtida nesta prova: d) Anotar o número de milímetros gastos na titulação da amostra e da prova em branco. Nota: A prova em branco deve ser feita, seguindo o mesmo procedimento das amostras, inclusive quanto ao tempo de contato (uma noite) entre solução extratora e amostra (5 ml de água deionizada ou destilada).14 Cálculo: O teor de H+ + Al3+ existente na amostra é dado pela igualdade: Cmolc de H + + Al3+ /dm3 de TFSA = (L – Lb) x 1,65 Onde: L = número de mililitros gastos na titulação da amostra; Lb = número de mililitros gastos na titulação da prova em branco; 1,65 = fator de correção (constante), decorrente das alíquotas tomadas e do método só extrair 90% da acidez. Se o ponto de viragem for de difícil observação, pode ser feita a titulação potenciométrica, ou seja, acompanhar a variação do pH na medida em que vai sendo acrescentado o NaOH. O ponto final ocorrerá quando a solução atingir pH 7,0. PREPARO DE SOLUÇÕES E REAGENTES Solução extratora de acetato de cálcio 5 mol/L (pH 7,1 – 7,2) Pesar 88,10 g de acetato de cálcio [(CH3COO)2 CaH2O] p.a. Colocar em balão aferido de 1 L. Dissolver e completar o volume com água destilada ou deionizada. Corrigir o pH para 7,1-7,2 com ácido acético, glacial, pingando gota a gota e agitando com bastão de vidro. Solução de fenolftaleína 10 g/L Pesar 1,0 g de fenolftaleína. Colocar em balão aferido de 100 mL. Dissolver e completar o volume com álcool absoluto. Como os alcoóis em sua maioria, são acidificados, devem ser colocadas, na solução preparada, algumas gotas de NaOH 0,1 M. Se passar do ponto, isto é, se aparecer a cor rósea, adicionar gotas de HCl 0,1 M até a solução ficar novamente incolor. PRÁTICA Nº 06 - DETERMINAÇÃO do pH do SOLO com INDICADOR UNIVERSAL VERDE MATERIAIS: Amostra de solo Indicador universal verde (pode ser extrato de repolho roxo, papel indicador universal ou papel de tournassol). Água destilada 15 1 Béquer de 50 ml 2 tubos de ensaio 1 conta-gotas 1 colher (de chá) de plástico Sistema de aquecimento (lamparina ou bico de gás, tripé com tela refratária) 1 bastão de vidro (ou palito de madeira) Preparo do indicador de repolho roxo 1- Pegar duas ou três folhas de repolho roxo e cortar com a faca de cozinha (as mais externas); 2- Colocar essas folhas em uma panela, cobrir com água e levar ao fogo; 3- Deixar ferver por alguns minutos (2 ou 3) e desligar; 4- Deixar esfriar completamente; 5- Retirar as folhas cozidas manualmente e com auxílio da peneira; 6- Guardar o líquido do repolho cozido na garrafa plástica; 7- Conservar na geladeira. PROCEDIMENTO Coloque um pouco de água destilada no béquer e aqueça até a ebulição. Coloque em um tubo de ensaio uma colher de amostra de solo, adicione água destilada até a altura de 2 cm e agite bem. Espere sedimentar, retire com o conta-gotas o líquido sobrenadante, passando- o para outro tubo, e adicione algumas gotas do indicador (ou coloque uma tira de papel indicador universal, ou um pedaço de papel tornassol azul e um do vermelho). Não jogue fora o conteúdo do tubo. No caso de ter usado extrato de repolho roxo ou solução de indicador universal verde, compare a cor do líquido com uma das escalas abaixo: Escala de pH para o repolho roxo. 16 Escala de pH para o indicador universal verde. No caso de ter usado o papel de tornassol, espere alguns minutos para observar se ocorreu mudança de cor. Se o solo for ácido, o papel de tornassol azul ficará rosa; se for alcalino, o papel de tornassol vermelho ficará levemente azulado. PRÁTICA Nº 07 - PROCEDIMENTO PARA CORRIGIR O pH DO SOLO Para diminuir a acidez dos solos utiliza-se a calagem, que consiste em adicionar ao solo materiais calcários que contenham cálcio e magnésio (calcários calcítico, dolomítico ou magnesiano). Para diminuir a alcalinidade podem ser adicionados ao solo sulfato de ferro II, sulfato de alumínio ou gesso. MATERIAIS: *Líquido sobrenadante da mistura solo e água preparado na experiência anterior. *Carbonato de cálcio *Sulfato de ferro II PROCEDIMENTO • Se o pH do solo tiver sido menor que 6, adicione ao tubo uma pequena quantidade de carbonato de cálcio (uma pontinha de colher), agite vigorosamente, compare a cor com a escala correspondente ou adicione uma tira de papel indicador. • Se o pH da amostra tiver sido maior que 7, adicione uma pequena quantidade de sulfato de ferro II (uma pontinha de colher), agite vigorosamente e compare a cor com a escala correspondente ou adicione uma tira de papel indicador. 17 O carbonato de cálcio, ao ser adicionado ao solo, pode reagir dos seguintes modos: CaCO3(s) + 2H +(aq) ↔ Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O(l) CaCO3(s) + H2O(l) ↔ Ca 2+(aq) + CO3 2-(aq) CO3 2-(aq) + H2O(l) ↔ HCO 3-(aq) + OH-(aq) As espécies CO3 2-(aq), OH-(aq) e HCO3 –(aq) formadas podem reagir com H+(aq) do solo ácido, diminuindo a acidez. O sulfato de ferro diminui a alcalinidade, interagindo com os íons OH-: FeSO4(s) + 2OH -(aq) ↔ Fe(OH)2(s) + SO4 2-(aq) Na presença de ar o Fe(OH)2 oxida rapidamente: 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g) ↔ 4Fe(OH)3(s) PRÁTICA No 08 - DETERMINAÇÃO DOS CÁTIONS TROCÁVEIS (Al3+, Ca2+e Mg 2+) (UFPR, 2003) Os cátions do complexo de troca influenciam na estrutura, no regime hídrico e gasoso, na reação do solo e no seu processo pedogenético, mas são também influenciados pelos cátions aplicados em forma de fertilizantes. Estes ao serem adsorvidos ficam protegidos da remoção, permanecendo assim de maneira a serem utilizados pelas plantas. Análise: Quantificar em centi mol por decímetro cúbico de “terra fina seca ao ar” os cátions trocáveis alumínio, cálcio e magnésio. 18 REAGENTES MATERIAIS TFSA 3 Erlenmeyers KCl 1 mol/L Cachimbo volumétrico (balança) NaOH 0,02 mol/L Agitador circular Azul de Bromotimol Pipeta volumétrica de 20 ml Solução Tampão pH 10 Bureta de 25 ml Solução Tampão pH 12 Suporte universal Solução Indicadora Negro de Eriocromo EDTA 0,01 mol/L PREPARO DE SOLUÇÕES Azul de Bromotimol - Em balão de 100 ml colocar 1,0 ml de NaOH 1 mol/L; completar com água deionizada e agitar ( NaOH 1% ) - Pesar 0,2 g de Azul de Bromotimol: colocar num grau de vidro e juntar 32 ml de NaOH 1%. Triturar até que a solução adquira cor verde. A seguir, passar para balão de 200 ml e completar volume com água deionizada. Solução Tampão pH 10: - Em balão de 2 litros, dissolver 135 g de cloreto de amônio em 400 ml de água deionizada. Juntar 1200 ml de amoníaco (NH4 OH). Pesar 1,232 g de sulfato de magnésio ( MgSO4.2H2O) e 1,86 g de EDTA e completar o volume com água deionizada. - Controle de neutralidade: Pipetar 3 ml da mistura, juntar cerca de 50 ml de água deionizada e colocar 3 gotas de Negro de eriocromo. A cor rosa violeta deverá passar p ara o azul puro apenas com uma gota de EDTA 0,01 mol/L. Solução Tampão pH 12: - Dissolver 100 g de KOH em cerca de 500 ml de água deionizada. - Em frasco de 1000 ml com rolha, colocar 250 ml de trietanolamina e a solução de KOH. - Completar o volume com água deionizada e agitar.19 Solução indicadora de Negro de Eriocromo T: - Dissolver 0,1 g de NET em 100 ml de metanol e adicionar 10 ml de trietanolamina - Conservar a solução em frasco plástico. EDTA 0,01 mol/L: - Dissolver 3,7223 g de Na2EDTA.2H2O em água deionizada e completar o volume para 1 litro. Indicador de Ácido Calconcarbônico + Sulfato de Sódio - Pesar exatamente 49,5 g de sulfato de sódio (P.M. 142,04); - Pesar exatamente 0,5 g de ácido calconcarbônico ( C12 H14 N2O73H2O ) (P.M. 492,46) ou 0,4234g de calcon ( C20 H13 N2NaO5S) (P.M. 416,99); - Em gral de porcelana, adicionar os 49,5 g de Na2SO4; - Triturar, adicionando 0,5 g de ácido calconcarbônico, até obter pó bem fino e bastante homogêneo; - Guardar em frasco escuro muito bem vedado em local livre de umidade. PROCEDIMENTOS 1. Extração do Al3+, Ca2+ e Mg2+ por solução KCl a) Com cachimbo volumétrico, transferir 10 cm3 (ou pesar 10 g) de TFSA para erlenmeyer de 125 ml e adicionar 100 ml de KCl 1 mol/L; b) Agitar em agitador circular por 5 minutos; c) Deixar em repouso durante uma noite; d) Pipetar 20 ml para determinação do Al3+ , 20 ml para determinação de Ca2+ e 20 ml para determinação do Ca2+ + Mg2+. Guarnecer em erlenmeyer. 20 2. Determinação do alumínio trocável Princípio: AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl a) Em 20 ml do extrato, adicionar 3 gotas de indicador Azul de Bromotimol; b) Titular co solução de NaOH 0,02 mol/L até viragem de cor amarelo-cítrico para azul. Cálculo: Al3+ (cmol.dm-3 )= Volume (ml) de NaOH gasto na titulação x fator de correção 3. Determinação do Ca e Mg trocáveis pelo EDTA Princípio: A estrutura espacial do ânion do ácido etilenodiaminotetraacético EDTA, que tem 6 átomos doadores, capacita-o a satisfazer o número de coordenação mais freqüentemente encontrado entre os metais e a formar anéis de 5 membros sem tensões por quelação. Os complexos resultantes têm estruturas semelhantes, mas diferem uns dos outros na carga que carregam. Então, o EDTA forma complexos no meio aquoso e reage com todos os metais na proporção 1:1. A dissociação do complexo é governada pelo pH da solução. Nas titulações co EDTA emprega-se um indicador sensível ao íon metálico, indicadores metalocrômicos. Tais indicadores forma complexos com íons metálicos específicos; como estes têm uma cor diferente da cor do ponto de equivalência. a) Em 20 ml de extrato, adicionar 4 ml de tampão pH 10; b) Adicionar 3 gotas de indicador Negro de Eriocromo; c) Titular com EDTA 0,01 mol/L até viragem de cor rosa para azul. Cálculo: Ca2+ + Mg2+ ( cmol . dm -3 )= volume (ml) de EDTA gasto na titulação x f 4. Determinação do Ca2+ trocável pelo EDTA a) Em 20 ml do extrato, adicionar 4 ml de solução tampão pH 12; b) Adicionar uma pitada de indicador Calconcarbonato + Na2 SO4; c) Titular com EDTA 0,01 mol/L até viragem de cor rosa para azul-roxo. Cálculos: Ca2+ ( cmol.dcm-3 ) = Volume (ml) de EDTA gasto na titulação. 21 PRÁTICA Nº 09 - DETERMINAÇÂO DE P E K DISPONÍVEIS (UFPR, 2003) Os elementos P e K podem ser determinados em suas formas trocáveis, que apresentam boa correlação com a absorção dos elementos do solo pelas plantas. No Brasil, nas regiões com predominância de solos ácidos, tem-se utilizado também a extração de P e K do solo com soluções de ácidos fortes diluídos, os quais também apresentam estreita correlação com a absorção de P e K pelas plantas e com a produção das lavouras. Entre os extratores ácidos, o extrator duplo ácido ( Mehlich-1 ) tem a vantagem de fornecer extratos límpidos por sedimentação, dispensando a filtração. Determinar os elementos fósforo e potássio que estão disponíveis para as plantas. REAGENTES MATERIAIS Solução extratora Mehlich-1 Erlenmeyer de 200 ml Solução de molibdato de amônio diluído Proveta de 100 ml Ácido ascórbico Circular horizontal Pipeta volumétrica de 5 ml Pipeta volumétrica de 10 ml Bastão de vidro Copo de Becker de 50 ml Fotocolorímetro PREPARO DE SOLUÇÕES E REAGENTES Solução diluída de molibdato: - Em balão de 1000 ml, transferir 300 ml da solução concentrada de molibdato de amônio e completar o volume com água. Solução extratora Mehlich-1 - HCl 0,05 N + H2 SO4 0,025 N, diluição 1 : 10. Solução concentrada de molibdato: - Em balão de 2000 ml, adicionar cerca de 1000 ml de água deionizada, 300 ml de ácido sulfúrico concentrado e 4g de subcarbonato de bismuto. Resfriar. 22 - Dissolver 40g de molibdato de amônio em aproximadamente 400 ml de água deionizada. - Adicionar lentamente a solução B na solução A, resfriar e completar o volume com água deionizada. PROCEDIMENTOS 1. EXTRAÇÃO DO FÓSFORO SOLÚVEL E DO POTÁSSIO TROCÁVEL: - Pesar 10 g de TFSA e transferir para um erlenmeyer de 125 ml - Adicionar 100 ml de solução extratora Mehlich-1 - Agitar por 5 minutos com agitador circular horizontal - Deixar em repouso durante a noite 2. DETERMINAÇÃO DE FÓSFORO POR COLORIMETRIA - Transferir uma alíquota de 5 ml da solução extratora descrita acima, para um copo de Becker de 50 ml; - Adicionar 10 ml de solução de molibdato diluído e uma pitada de ácido ascórbico; - Agitar com bastão de vidro até dissolução completa do ácido ascórbico; - Deixar descansar por 30 minutos e fazer a leitura em fotocolorímetro no comprimento de onda 660 nm. Nota: O processo é fundamentado na reação do reativo sulfo-molíbdico e ácido ascórbico na alíquota, ocorrendo a liberação de íons molíbdicos os quais reduzirão o ácido ascórbico, que adquirirá a coloração azul ( Azul de Mo ), que será tanto mais intensa quanto maior for a quantidade de íons liberados. Solução Base de 50 mg P/L: - Em balão de 100 ml, transferir 0,219 g de Fosfato de Potássio Monobásico (seco em estufa a 60oC durante uma hora e resfriado em dessecador): - Juntar cerca de 400 ml de água deionizada, 25 ml de ácido sulfúrico 7 N (196 ml para 1000 ml) e completar o volume com água deionizada. 23 Solução padrão de P: - Em balões de 100 ml adicionar 0,6; 1,2; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2; 4,8; 5,4 e 6,0 ml da solução base de 50 mg P/L e completar o volume com água deionizada. - As soluções resultantes terão, respectivamente, 3,6,9.12,15,18,21,24,27 e 30 mg P/L. - Para a confecção da curva de calibração deve-se seguir o mesmo procedimento descrito acima para a determinação do P disponível. 3. DETERMINAÇÃO DO POTÁSSIO TROCÁVEL A dosagem do K é feita no restante do extrato por fotometria. Soluções padrão de K: - Em balão de 1000 ml, pesar 1,907 de KCl (seco em estufa a 40oC por uma hora). Completar o volume com água deionizada. - Em balão de 1000 ml transferir 100 ml da solução A e completar o volume com água deionizada. - Em balões de 100 ml adicionar 0,5; 2,0; 4,0; 8,0; 12,0 e 20,0 ml de solução B e completar o volume com água deionizada. As soluções resultantes terão, respectivamente, 5, 20, 40, 80 e 120 mg K/L ou 0,0127; 0,0513; 0,1025; 0,2051; 0,3076 e 0,5116 cmol/L. - Para a confecção da curva de calibração a leitura das soluções é feita diretamente por fotometria de chama. PRÁTICA Nº 10 - DETERMINAÇÃO DO CARBONO ORGÂNICO (EMBRAPA, 1999) A matériaorgânica do solo é composta por todo material de origem orgânica que se encontra em diferentes estágios de decomposição. A matéria orgânica do solo consiste de resíduos vegetais, organismos vivos e mortos. Os solos minerais contêm menos que 20% de matéria orgânica, a qual é de importância fundamental para propriedades físicas do solo (capacidade de retenção de umidade, aeração, agregação, etc.), propriedades químicas (capacidade de troca de cátions e ânions, complexação de metais, diminuição da toxidez de alumínio, influência no poder tampão de pH, controle de solubilidade de vários metais, principalmente de Mn 2+ nos solos ácidos do Paraná, diminui a fixação de fósforo, etc.) e propriedades biológicas (influencia o número, tipo e atividade dos microorganismos do solo, 24 fonte de nutrientes para plantas e microorganismos, fonte de energia para microorganismos, etc.). Quantificar a matéria orgânica pelo método volumétrico (Bicromato de Potássio) O método consiste em que o carbono da matéria orgânica da amostra é oxidado a CO2 e o cromo da solução extratora é reduzido da valência +6 ( Cr6+) à valência +3 (Cr3+). Na seqüência, faz-se a titulação do excesso de bicromato de potássio pelo sulfato ferroso amoniacal. REAGENTES MATERIAIS K2Cr2O7 0,2 mol L -1 peneira de malha 0,5 mm Fe (NH4)2(SO4)2 . 6 H2O 0,05 mol L -1 (sal de Mohr) 1 erlenmeyer de 250 ml Difenilamina 1 pipeta volumétrica de 10 ml H3PO4 concentrado 85%, p.a. 1 bureta Água destilada placa elétrica PREPARO DE SOLUÇÕES E REAGENTES Solução de Bicromato de Potássio 0,02 mol/L: - Pesar 39,22 g de K2Cr2O7 p.a. previamente seco em estufa a 130 oC, durante uma hora. - Colocar em balão aferido de 2 litros. - Adicionar 500 ml de água destilada ou deionizada para dissolver o sal. Juntar uma mistura já fria de 1000 ml de ácido sulfúrico concentrado e 500 ml de água destilada ou deionizada. Agitar bem para dissolver todo o sal. Deixar esfriar. Completar o volume do balão com água destilada ou deionizada. Solução de Sulfato Ferroso amoniacal 0,05 mol/L: - Pesar 40 g de Fe(NH4)2(SO4)2 . 6H2O cristalizado (sal de Mohr). 25 - Colocar em balão aferido de 1 litro. Juntar aproximadamente 500 ml de água destilada ou deionizada contendo 10 ml de ácido sulfúrico concentrado para dissolução do sal. Agitar bem. Completar o volume do balão com água destilada ou deionizada. Indicador Difenilamina a 10 g/L: - Pesar 1 g de difenilamina. - Dissolver em 100 ml de ácido sulfúrico concentrado. PROCEDIMENTOS 1. EXTRAÇÃO - Tomar aproximadamente 20 g de TFSA. Triturar em gral. Passar em peneira de 0,5 mm; - Pesar 0,5 g da TFSA triturada. Colocar em erlenmeyer de 250 ml; - Pipetar 10 ml da solução de bicromato de potássio 0,2 mol/L. Adicionar à amostra de solo. - Colocar um tubo de ensaio de 25mm de diâmetro e 250 mm de altura, cheio de água e protegido com papel aluminizado, na boca do erlenmeyer, onde funcionará como condensador ou usar placa de vidro; - Aquecer uma placa elétrica até fervura branda durante 5 minutos. 2. DETERMINAÇÃO - Deixar esfriar. Juntar 80 ml de água destilada (medida em proveta), 1 ml de ácido ortofosfórico e 3 gotas do indicador difenilamina a 10 g/L; - Titular com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,05 mol/L. A viragem ocorre quando a cor azul desaparece, dando lugar à verde; - Anotar o número de mililitros gastos; - Efetuar uma prova em branco com 10 ml da solução de bicromato de potássio. Anotar o volume amoniacal gasto. 26 Cálculo A porcentagem de carbono orgânico existente na amostra é dada pela seguinte expressão: g de carbono/Kg de TFSE = 0,06 x V(40-Va x f) x “f” TFSE= Terra fina seca em estufa; V = Volume de bicromato de potássio empregado; Va = Volume de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação da amostra; f = 40/volume de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação da prova em branco; 0,06 = fator de correção decorrente das alíquotas tomadas; “f” = fator de correção para TFSE A quantidade de matéria orgânica existente na amostra é calculada pela seguinte expressão: g de matéria orgânica/kg = g de carbono/kg x 1,724 Nota: este fator (1,724) é utilizado em virtude de se admitir que, na composição média da matéria orgânica do solo, o carbono participa com 58%. Veja: 100g de MO________58g de C xg de MO_________1g de C x= 1,72 Logo, para cada 1g de carbono existente, haverá 1,72g de matéria orgânica, ou seja: M.O. = C x 1,72 27 PRÁTICA Nº 11 - ANÁLISE TEXTURAL DO SOLO A textura do solo é um parâmetro importante na discussão sobre a retenção de poluentes pelo solo e refere-se à proporção das frações areia, silte e argila presentes. Tal propriedade ajuda a determinar a capacidade de suprimento de nutrientes dos sólidos do solo, como também o fornecimento de água e ar, tão importantes à vida vegetal. A textura determina o teor(%) de areia, silte e argila que um determinado solo detém. A fração areia é solta, com grãos simples, não plástica, não pode ser deformada, não pegajosa, não higroscópica, predominam poros grandes na massa. A fração silte é sedosa ao tato, apresenta ligeira coesão quando seco, poros de tamanho intermediário, ligeira ou baixa higroscopicidade. A fração argila é plástica e pegajosa quando úmida, dura e muito coesa quando seca, alta higroscopicidade, elevada superfície específica, poros muito pequenos, atividades de contração e expansão e forma agregados com outras partículas. Para a análise deve haver a eliminação de matéria orgânica com peróxido de hidrogênio, eliminação de carbonatos com ácido clorídrico diluído. Peneiramento- 0,05mm e sedimentação. METODOLOGIA REAGENTES MATERIAIS TFSA Agitador NaOH 1 N Becker de 100 ml Peneira no 270 (00,053mm) Pipetas de 10 e 50 ml Balança analítica Termômetro Conjunto de peneiras Proveta de 500 ml. PROCEDIMENTOS: • Colocar 20g de TFSA (após retirar matéria orgânica com H2O2) em um recipiente plástico de 200ml; • Adicionar 50ml de solução de NaOH 0,2 mol/L; • Agitar com bastão de vidro e deixar em repouso durante uma noite; • Agitar por 2 horas em agitador; 28 • Transferir o conteúdo do recipiente plástico para ser lavado com água destilada em peneira de 20 cm de diâmetro e malha de 0,053 mm, colocada sobre um funil de vidro apoiado em suporte, tendo abaixo uma proveta de 1000 ml; • Lavar o material retido na peneira (areia) com pisseta de modo a se obter uma lavagem eficiente e rápida, transferindo a areia com jatos de água para uma placa ou cápsula previamente tarada e identificada; • Secar a areia em estufa a 105o C por 24 horas e determinar o peso após o resfriamento em dessecador; • Completar o volume das provetas até o aferimento com o auxílio de uma pisseta; • Preparar a prova em branco colocando o dispersante utilizado em proveta de 1000 ml contendo água destilada, completar o volume, agitar durante 1 minuto e marcar otempo; • Agitar a suspensão durante 1 minuto deixando em descaso por 3 minutos para pipetar 20 ml (argila + silte) a 10 cm de profundidade; • Transferir para cápsula de porcelana tarada e identificada, juntamente com a porção proveniente da lavagem da pipeta. Secar em estufa a 105oC por 24 horas. Esfriar em dessecador e determinar o peso do material (peso do silte + argila + dispersante); • Medir a temperatura da prova em branco e da amostra, verificar na tabela o tempo de sedimentação da fração argila para 5 cm de profundidade; • O cálculo do tempo de sedimentação da argila (fração menor que 0,002 mm de diâmetro) em suspensão aquosa para uma profundidade de 5 cm, a diversas temperaturas é calculada pela lei Stokos (1 cm cada 42 minutos), considerando a densidade da partícula igual a 2,65; • Calculando o tempo introduzir uma pipeta de 20 ml, até uma profundidade de 5 cm, coletar a suspensão; • Transferir para a cápsula de porcelana tratada e identificada, juntamente com a porção proveniente da lavagem da pipeta; • Repetir esta operação para a prova em branco; • Colocar as cápsulas na estufa por 24 horas a 105o C; • Retira da estufa, colocar no dessecador deixar esfriar e pesar com aproximação de 0,0001g concluindo assim a determinação do percentual da fração argila representativo em 20g da amostra inicial e do resíduo da prova em branco. Calcular os valores das frações de acordo com as seguintes expressões: • % de argila = {[(peso da argila + dispersante)- peso do dispersante] x 50/20} x100 • % de areia = peso da areia (g) 20g de TFSA x 100 • % de silte + [(peso do silte x 50)/20] x 100 29 Temperatura oC Tempo Temperatura oC Tempo 10 5h11’ 23 3h43’ 11 5h03’ 24 3h38’ 12 4h55’ 25 3h33’ 13 4h47’ 26 3h28’ 14 4h39’ 27 3h24’ 15 4h33’ 28 3h19’ 16 4h26’ 29 3h15’ 17 4h20’ 30 3h10’ 18 4h12’ 31 3h07’ 19 4h06’ 32 3h03’ 20 4h00’ 33 2h58’ 21 3h54’ 34 2h55’ 22 3h48’ 35 2h52’ PRÁTICA Nº 12 - DENSIDADE APARENTE DO SOLO - MÉTODO DO ANEL VOLUMÈTRICO (EMBRAPA, 1997) A densidade aparente corresponde à massa de solo seco por unidade de volume aparente, isto é, incluindo os espaços ocupados pelo ar e pela água. A densidade aparente pode ser variável para o mesmo solo, alterando-se com a estruturação, compactação e manejo da cultura. Mensurar a densidade aparente da amostra PROCEDIMENTO • Introduzir em cada camada do perfil a ser estudada dois ou mais anéis de 50 cm3 • Retirar os anéis do solo, acertar as superfícies com auxílio de uma faca • Fechar hermeticamente com tampas plásticas e levar para o laboratório • Pesar o anel + solo úmido • Levar à estufa por 3 horas à 110oC • Pesar novamente e anotar peso do anel + solo seco 30 Cálculo: Densidade = massa/volume onde : m= massa seca à estufa V= volume do anel ( π . r2. h ) INTERPRETAÇÃO - solos minerais - 1,1 a1,6 g/cm3 - solos orgânicos - 0,6 a 0,8 g/cm3 - solos argilosos - 1,0 a 1,25 g/cm3 - solos arenosos - 1,25 a 1,40 g/cm3 - solos turfosos - 0,20 a 40 g/cm3 PRÁTICA Nº 13 - DENSIDADE DE PARTÍCULAS ( EMBRAPA, 1997 ) A densidade de partículas pode ser chamada de densidade real, que reflete as características do solo em relação ao seu peso e volume real. Esta característica é imutável. Prática Determinação do volume de álcool necessário para completar a capacidade de um balão volumétrico, contendo solo seco em estufa. REAGENTES MATERIAL Álcool etílico Estufa 20g de solo PROCEDIMENTOS • Pesar 20g de solo, colocar em lata de alumínio de peso conhecido, levar à estufa, deixar por 6 a 12 horas, dessecar e pesar a fim de se obter o peso da amostra seca a 105oC. • Transferir a amostra para balão aferido de 50 ml. • Adicionar álcool etílico, agitando bem o balão para eliminar as bolhas de ar que se formam. 31 • Prosseguir com a operação, vagarosamente, até a ausência de bolhas e completar o volume do balão. • Anotar o volume de álcool gasto. Cálculo Densidade de partículas (g/cm3) = a/50 - b a = peso da amostra seca a 105oC b = volume de álcool gasto PRÁTICA Nº 14 - POROSIDADE TOTAL A porosidade total de um solo ou rocha pode ser definida como a relação entre o volume de espaços vazios e o volume total. A porosidade depende do tamanho, forma, arranjo e homogeneidade dos grãos. Se os grãos forem de tamanho variado, a porosidade tende a ser menor do que no caso de grãos uniformes, uma vez que os grãos menores ocupam os espaços vazios entre os maiores. É a porção do volume do solo não ocupada por partículas sólidas, ou seja, macro e microporos. Determinar o volume dos poros totais do solo ocupado por água e/ou ar. Cálculos (1) Porosidade total=100(a-b) / a a= densidade real b= densidade aparente (2) Porosidade total=(microporosidade + macroporosidade) (3) Porosidade total= Porcentagem de saturação em volume INTERPRETAÇÂO: (porosidade total) Solos arenosos...............35 a 50% Solos argilosos................40 a 60% Solos ricos em MO.........60 a 80% UNIDADE 04 1. ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DA ÁGUA 1.1 TEMPERATURA 1.1.1 Importância da Análise em Águas Naturais A temperatura da água é um parâmetro importante pelos seus efeitos nas reações químicas e taxas de reação, vida aquática e água para fins de aproveitamento. O aumento da temperatura da água pode causar, por exemplo, mudança nas espécies de peixes que existem num corpo d’água que recebem um efluente. O oxigênio é menos solúvel em águas quentes que em águas frias. O aumento na taxa de reação química, acompanhado de um aumento na temperatura, combinado com um decréscimo na quantidade de oxigênio presente na água, pode resultar uma diminuição na concentração de oxigênio dissolvido nos meses de verão e causar um sério desequilíbrio ecológico. 1.1.2 Importância da Temperatura para o Tratamento da Água * Como a temperatura interfere na ionização e na dissociação dos compostos, interfere no comportamento dos compostos químicos utilizados no tratamento da água (sulfato de alumínio, cal). * A dosagem de flúor em águas de abastecimento público deve serfeita à temperatura ambiente. 1.1.3 Importância para o Tratamento de Efluentes * Temperatura dos esgotos é normalmente um pouco superior à das águas de abastecimento. * Um aumento de temperatura aumenta a liberação de gases o que pode gerar mau cheiro, no caso da liberação de gases com odores desagradáveis. * As temperaturas ótimas para a atividade bacteriana estão na faixa de 25 a 35 0C. A digestão aeróbia e a nitrificação param quando a temperatura chega a 50oC. Quando a temperatura cai para algo em torno de 15oC, a bactéria produtora de metano praticamente cessa sua atividade. A 2oC, até mesmo a bactéria quimioheterotrófica atuante no material carbonáceo torna-se essencialmente latente. * Nos processos de sedimentação, o aumento da temperatura faz diminuir a viscosidade, melhorando as condições de sedimentação. 33 * A temperatura máxima de um efluente para lançamento, segundo a Resolução CONAMA 357/05, é de 40oC, e o lançamento não poderá alterar a temperatura do corpo receptor em mais que 3oC. PRÁTICA Nº 01 – TEMPÉRATURA MÉTODO TERMÔMETRO PRINCÍPIO DO MÉTODO O termômetro indica a temperatura de um corpo após permanecer algum tempo em contato com ele, quando se atinge o equilíbrio térmico. A determinação da temperatura deve ser realizada no momento da coleta. PROCEDIMENTO ANALÍTICO Transferir para um copo de béquer uma porção da amostra, mergulhar o termômetro e fazer a leitura após a estabilização do material. A expressão do resultado é na unidade oC. 2. TURBIDEZ 2.1 CONCEITO É a expressão usada para descrever o grau de clareza da água. Quanto maior for a quantidade de material em suspensão na água, mais turva ela estará. As maiores fontes causadoras da turbidez são argila, areia, resíduos orgânicos, material mineral, detritos e plânctons. A turbidez é uma variável extremamente importante em monitoramento de microbacias hidrográficas, atuando como indicador de programas de manejo e conservação de solos nas microbacias. As mudanças no ambiente aquático causadas pela turbidez podem alterar a composição do sistema. Se a turbidez se deve a um grande volume de sedimento em suspensão, ocorrerá uma diminuição de penetração dos raios solares na água e conseqüentemente uma alteração da atividade fotossintética de macrófitas e algas superficiais. Se a população de organismos na superfície for basicamente de algas, a luz não penetrará nas camadas mais profundas e a produção primária será limitada às camadas superiores da água, favorecendo a proliferação de cianobactérias produtoras de toxinas. Se a turbidez se verificar em decorrência de elevada massa de partículas orgânicas, deve ocorrer a diminuição do oxigênio dissolvido e em casos extremos causar a morte de peixes. A turbidez exerce um intenso efeito antiestético sobre as pessoas e adiciona custos extras ao tratamento da água para o consumo. A ela também podem estar associados outros elementos, como metais pesados e agrotóxicos. 34 2.2 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE TURBIDEZ EM ÁGUAS NATURAIS • É fator limitante para o crescimento de algas em rios. • Em corpos d’água pode reduzir a penetração de luz solar prejudicando a fotossíntese. • O material em suspensão sedimentando-se no fundo, ocasiona deposição de lodo. • Observa-se presença de turbidez em mananciais que recebem despejos de esgotos domésticos com a presença de organismos patogênicos. Neste caso, a turbidez torna um fator de importância sanitária. 2.3 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE TURBIDEZ PARA O TRATAMENTO DE ÁGUA • Sólidos em suspensão podem servir de abrigo para microorganismos patogênicos diminuindo a eficiência da desinfecção. • É esteticamente desagradável na água potável. • A determinação de turbidez pode indicar a necessidade de alteração de dosagem do coagulante e momento de lavar decantadores e filtros. • Partículas de turbidez transportam matéria orgânica adsorvida que podem provocar sabor e odor. 2.4 IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE TURBIDEZ PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES • Não é de grande utilidade em efluentes brutos, apesar de ser notada uma redução da mesma com o tratamento. • Há uma correlação entre a turbidez e os sólidos em suspensão nos efluentes e este último é o parâmetro mais utilizado. PRÁTICA Nº 02 - COMO MEDIR A TURBIDEZ Uma maneira simples de medir a turbidez é pelo uso do tubo de turbidez. Esse tubo é uma adaptação da técnica do disco de Secchix e consiste em preencher um frasco com água e colocá-lo sobre discos pintados com diferentes cores padrão, que classificam o grau de turbidez. A turbidez também pode ser medida por equipamentos eletrônicos que possuam uma fonte de luz para iluminar a amostra de água presente ao seu redor e uma célula fotoelétrica que meça a intensidade de luz dispersa pelas partículas num determinado ângulo. Essa medida da intensidade de luz dispersa em uma solução é definida na química como 35 “nefelometria”, sendo os resultados nefelométricos medidos como unidade de turbidez nefelométrica (Nephelemetric Turbidity Unit, NTU). PRINCÍPIO DO MÉTODO NEFELOMÉTRICO O método nefelométrico é um método secundário, indireto. Incide-se um feixe luminoso sobre a amostra, as partículas suspensas e coloidais refletem o raio luminoso. A luz refletida num ângulo de 90o em relação ao feixe luminoso ativa uma célula fotoelétrica no turbidímetro. A célula transforma proporcionalmente em energia elétrica a quantidade de luz incidente. A energia gerada é indicada em um galvanômetro co escala para leitura do valor da turbidez. COLETA E PRESERVAÇÃO DA AMOSTRA Coleta convencional, podendo ser preservada em geladeira (4o C) por 24 horas. 3. OXIGÊNIO DISSOLVIDO (OD) 3.1 CONCEITO Oxigênio dissolvido (OD) é a concentração de oxigênio contido na água, que é essencial para todas as formas de vida aquática. Os sistemas aquáticos produzem e consomem o oxigênio, que é retirado da atmosfera na interface água-ar e também é obtido como resultado de atividades fotossintéticas de algas e plantas. A quantidade de oxigênio presente na água em condições normais depende da temperatura. A solubilidade dos gases aumenta com a diminuição da temperatura e da salinidade, portanto, águas mais frias retêm maior quantidade de oxigênio, enquanto águas salinas contêm menos oxigênio. A pressão relativa do ar e o grau de saturação do oxigênio alteram com a altitude, enquanto o oxigênio contido na água diminui com o aumento da altitude, em virtude do decréscimo da pressão relativa. Por isso, equipamentos portáteis para medidas de OD no campo devem ser constantemente calibrados. As concentrações de OD normalmente são expressas em mg/L, mas também podem ser registradas em porcentagem de saturação OD-% ( quantidade de oxigênio contido em 1 L de água, relativo ao nível total de oxigênio que a água pode reter naquela temperatura). A determinação da concentração de OD é de importância fundamental na avaliação da qualidade das águas, uma vez que o oxigênio está envolvido praticamente em todos os processos químicos e biológicos. A descarga de material orgânico em excesso na água pode resultar no esgotamento de oxigênio do sistema. Exposições prolongadas a concentrações abaixo de 5 mg/L aumenta a susceptibilidade ao estresse. Exposição abaixo de 2 mg/L pode 36levar à morte a maioria dos organismos. Quando as concentrações de oxigênio dissolvido caem durante a noite para níveis de 3 a 4 mg/L, pode-se esperar impactos negativos, com risco de sobrevivência para as espécies. Considerando que os peixes e a maioria da vida aquática sofrem com a falta de oxigênio, a determinação do oxigênio dissolvido é uma das principais análises em levantamentos de poluição. A taxa de ar fornecida nos processos de tratamento aeróbio é controlada pelo teste de oxigênio dissolvido para manter condições aeróbias, e para prever desperdício de potência, devido à excessiva aeração. A remoção de oxigênio da água de alimentação de aquecedores é uma prática comum, e o teste de OD é o meio de controle. PRÁTICA Nº 03 - ANÁLISE –OXIGÊNIO DISSOLVIDO- MÉTODO WINCKLER MODIFICADA PELA AZIDA SÓDICA A modificação azida do método iodométrico é a técnica mais comum para medição de oxigênio dissolvido. O teste padrão usa garrafas de DBO de 300 mL. REAGENTES: Solução de sulfato de manganês, solução alcalina de iodeto-azida, ácido sulfúrico concentrado, indicador de amido e titulante padronizado ,tiossulfato de sódio. COLETA E PRESERVAÇÃO DA AMOSTRA Coletar em frasco Winkler. A amostra deverá ser analisada em um prazo máximo de 8 horas após a coleta. O primeiro passo é adicionar 2 mL de solução de sulfato de manganês e 2 mL sol. alcalina de iodeto-azida à garrafa de DBO. Misturar invertendo repetidamente a garrafa. Se nenhum oxigênio está presente, o íon manganoso reage somente com o íon hidróxido para formar um precipitado branco de Mn(OH)2. Se o oxigênio está presente, uma parte do manganês é oxidado e precipita na forma de um óxido de cor marrom (Mn(OH)2 !). Mn++ + 2OH- → Mn(OH)2 ↓ Mn++ + 2OH- + 1/ 2 O2 → Mn(OH)2O ↓ + H2 O Após agitar e dar tempo suficiente para que todo oxigênio reaja, os precipitados químicos decantam, deixando um líquido claro na porção superior. Então, 2 ml de ácido sulfúrico concentrado são adicionados. A garrafa é tampada e o conteúdo misturado, invertendo-a sucessivamente até que a suspensão seja completamente dissolvida e a coloração amarelada seja uniforme em toda a garrafa. A reação que se efetua com a adição de ácido mostra o óxido básico mangânico reduzido para manganoso, enquanto uma quantidade equivalente de íon iodeto é convertido a iodo livre. 37 H2SO4 + Mn(OH)2 →- Mn(SO4)2 + H2O Mn(SO4)2 + 2I - → Mn 2+ + I2 o Quando a amostra é coletada a atividade microbial deve ser cessada, para isso, uma metodologia comum é usar uma solução inibidora de sulfato de cobre e ácido sulfônico, para parar a atividade biológica e para flocular os sólidos em suspensão. A metodologia de coleta recomenda que se adicione 10 mL de solução inibidora por litro, em uma garrafa de boca larga. Para a coleta em um tanque de aeração, a garrafa é colocada em um suporte especial projetado de tal forma que a garrafa encherá por um tubo situado junto ao fundo e extravazará cerca de 25% da capacidade da garrafa. Após ser removida de seu suporte, a amostra é tampada e deixada decantar até que um sobrenadante claro possa ser sifonado para uma garrafa de DBO. A concentração de OD é então, medida pelo método iodométrico. PRINCÍPIO DO MÉTODO Se nenhum oxigênio está presente, o íon manganoso (Mn2+) reage somente com o íon hidróxido (OH-) para formar um precipitado branco de hidróxido manganoso [Mn(OH)2]. Se o oxigênio está presente, uma parte do íon manganoso é oxidado para o íon mangânico (Mn 4+), formando um precipitado marrom de óxido básico mangânico [Mn(OH)2O] que é proporcional à quantidade de oxigênio. O óxido básico mangânico é reduzido para sulfato mangânico [Mn(SO4)2], enquanto uma quantidade equivalente de íon iodeto (I-) é convertido a iodo livre (I2). A quantidade de iodo é equivalente ao oxigênio dissolvido na amostra original. PREPARO DE REAGENTES E SOLUÇÕES Solução de sulfato manganoso Dissolver 480 g de sulfato manganoso tetra- hidratado, MnSO4.4H2O, p.a. , ou 400g de sulfato manganoso di- hidratado, MnSO4 .. 2H2O, p.a. ou ainda, 364 g de sulfato manganoso mono-hidratado, MnSO4 . H2O, p.a., em água destilada. Filtrar e completar o volume com água destilada em um balão volumétrico de 1000 mL. Solução alcalina de iodeto-azida Dissolver 500 g de hidróxido de sódio, NaOH, p.a., ou 700 g de hidróxido de potássio, KOH, p.a., e 135 g de iodeto de sódio, NaI, p.a., ou 150 g de iodeto de potássio, KI, p.a., em água destilada. Completar com água destilada para balão de 1000 mL. A esta solução adicionar 10g de azida sódica, NaN3, p.a., dissolvida em 40 mL de água destilada. ATENÇÃO !!! NaN3 – explosivo quando aquecido. 38 Solução de ácido sulfúrico 1:9 Colocar em um copo de Becker 90 mL de água destilada. Adicionar lentamente e com agitação, 10 ml de ácido sulfúrico concentrado, H2SO4, d= 1,84, p.a. Solução padrão primário de dicromato de potássio- 0,025 N Pesar 1,2259 g de dicromato de potássio, K2Cr2O7, p.a. seco em estufa a 103 oC por 2 horas e dissolver em água destilada. Completar o volume para 1000 mL. Solução de hidróxido de sódio- 6N Dissolver 480 g de hidróxido de sódio, NaOH, p.a., em água destilada. Completar com água destilada para balão volumétrico de 1000 mL. Solução indicadora de amido Adicionar de 5 a 6 g de amido em um gral de porcelana e água destilada até formar uma pasta. Introduzir esta pasta em um copo de Becker contendo 1 litro de água fervendo. Agitar sempre. Deixar ferver por alguns minutos e sedimentar durante uma noite. Sifonar o líquido sobrenadante para frasco conta-gotas. ATENÇÃO!!! Preservar a solução adicionando-se 1 mL de tolueno, C7H8, p.a. Solução de tiossulfato de sódio- 0,025 N Pesar 6,205 g de tiossulfato de sódio penta-hidratado, Na2S2O3.5H2O, p.a. Dissolver em água destilada. Acrescentar 1,5 mL de NaOH 6 N ou 0,4 g de NaOH sólido. Avolumar para 1000 mL. Padronização da solução de tiossulfato de sódio- 0,025 N ( A padronização deverá ser diária) Dissolver aproximadamente 2 g de iodeto de potássio, KI, p.a., em 100 ml de água destilada contida em um erlenmeyer de 250 mL. Adicionar 10 mL de solução de ácido sulfúrico 1:9. Acrescentar 20 mL da solução de dicromato de potássio 0,025N. Deixar o frasco no escuro por alguns minutos. Obs.: este procedimento ocorre devido ao iodo ser fotossensível e as reações com este devem se processar num ritmo mais lento. Diluir com aproximadamente 200 mL de água destilada. Titular o iodo liberado com a solução de tiossulfato de sódio 0,025 N até coloração amarelo-palha. Juntar 5 gotas da solução indicadora de amido e prosseguir a titulação até o desaparecimento da coloração azul. Anotar o volume gasto. 39 Fator de correção = Vt Vp Vt= volume teórico Vp=volume prático Solução inibidora de sulfato de cobre/ácido sulfâmico Dissolver 32 g de ácido sulfâmico, NH2SO2OH, p.a., sem aquecimento, em 475 ml de água destilada. Dissolver 50 g de sulfato de cobre penta-hidratado, CuSO4.5H2O, p.a., em 500 mL de água destilada. Misturar as duas soluções. Adicionar 25 mL de ácido acético glacial, CH3COOH, p.a. PROCEDIMENTO ANALÍTICO * Coletar a amostra evitando a formação de bolhas. * Adicionar 2 mL da solução de sulfato manganoso, com auxílio de uma pipeta graduada, mergulhando a mesma na amostra. Retire-a lentamente. *
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