CARACTERÍSTICAS E QUÍMICA DA ÁGUA · II a) Sabendo que o potencial redox da água subterrânea...

Licenciatura Bolonha em Ciências de Engenharia - En genharia do Ambiente

CARACTERÍSTICAS E QUÍMICA DA ÁGUA

2º Teste 31 de Maio de 2008

I

a) Determine a especiação e a solubilidade do zinco na água de um rio

saturado com ZnCO3 sabendo que o pH é 8,7.

b) Redetermine a especiação do zinco atendendo a que despejos domésticos

contendo detergentes introduziram EDTA numa concentração de 1 × 10-4 M

nesse rio. Admita que agora não há formação de precipitado e que a

concentração total em zinco é de 1,54 × 10-6 M. Comente a especiação

obtida e compare-a com a da alínea a).

c) Indique como são as curvas de adsorção em função do pH dos iões CO32- e

Zn2+ à superfície de partículas de sílica existentes em suspensão no rio.

DADOS:

log Kps (ZnCO3) = -10.

Alcalinidade: 3 × 10-3 M.

Constantes de dissociação do ácido carbónico: pKa1 = 6,34; pKa2 = 10,33.

Constantes de formação global dos hidroxocomplexos de zinco:

β1OH = 2,5 × 104; β3

OH = 7,2 × 1015; β4OH = 2,8 × 1015

(βiOH = [M(OH)i] / [M][OH]i).

Constante de formação do complexo de EDTA com zinco:

log KZnEDTA = 16,5.

Constantes de dissociação de H4EDTA:

pKa1 = 2,00; pKa2 = 2,68; pKa3 = 6,11; pKa4 = 10,17.

II

a) Sabendo que o potencial redox da água subterrânea de um furo é dominado

pelo par redox HCO3-/CH4 (com log [HCO3

-]/[CH4] = 2,0) e o da água

superficial é dominado pelo par O2/H2O, determine a variação do potencial

redox observado quando a água subterrânea atinge a superfície. Sabe-se

que o valor de pH da água é de 7,0, mas varia para 7,5 quando chega à

superfície.

DADOS: pεº (HCO3-/CH4) = 3,85, pεº(O2/H2O) = 20,8, pO2= 0,2 atm.

b) Admita que ao usar a água do furo para encher uma piscina verifica que ela

apresenta um cheiro terroso intenso. Que tratamento efectuaria à água para

eliminar este problema?

c) Um composto orgânico A1 contaminou a água de um estuário próximo do

furo com uma concentração inicial de 2,4 × 10-4 M. Este composto degrada-

se segundo o seguinte esquema reaccional:

A1 → A2 K1 = 1,5 dia-1

A2 → A3 K2 = 0,1 dia-1.

Admitindo que se tem um estado estacionário, determine:

- o tempo que leva 80% de A1 a degradar-se.

- a concentração de A2 nesse instante.



2º Exame 22 de Julho de 2008

I

a) Determine o valor de pH e a especiação (concentração das várias espécies

dissolvidas) de uma água anaeróbia de um pântano, sabendo que o sistema

está dominado pelo equilíbrio com ácido sulfídrico gasoso. Utilize o método

gráfico e posteriormente use as aproximações que verificou serem correctas

para efectuar um cálculo mais preciso usando o método analítico.

DADOS:

Constante de Henry para o sistema H2S(aq)/H2S(g): KH = 1,05 x 10-1 M atm-1

Constantes de dissociação de H2S: pKa1 = 7,0; pKa2 = 13,0

pH2S = 2,0x10-6 atm.

Produto iónico da água: Kw = 1,0 × 10-14.

b) Diga de que parâmetros depende a lixiviação dos poluentes atmosféricos

pela água da chuva.

II

O rio Tejo (pH =8,2) foi contaminado por um efluente de uma indústria de

pasta de papel que fez com que a concentração total em mercúrio atingisse

o valor de 1,0 × 10-8 M. Posteriormente, apareceu uma concentração total

de EDTA de 2,6 × 10-5 M, devido à presença de um efluente doméstico com

detergentes.

a) Determine a especiação do mercúrio antes e após a entrada do efluente

doméstico.

DADOS:

Constantes de dissociação do EDTA:

pKa1 = 2,0; pKa2 = 2,68; pKa3 = 6,11; pKa4 = 10,17.

Constante de formação do complexo de EDTA: log βHgEDTA = 21,5.

Constantes de formação globais dos hidroxocomplexos: log β1OH = 10,6; log

β2OH = 21,8 (βi

OH = [Hg(OH)i] / [Hg][OH]i).

b) Se, antes da entrada do esgoto doméstico, houvesse uma descarga de

uma fábrica de baterias que lançasse no rio um teor em iodeto de 1,2 ×

10-5 M, poderia haver precipitação do mercúrio nessas condições? Em

caso afirmativo, qual seria o precipitado a controlar a solubilidade?

DADOS:

log Kps(Hg(OH)2) = -25,5.

log Kps(HgI2) = -28,6.



1º Exame

2 de Julho de 2009 I

“O Danúbio, o segundo maior rio da Europa, que atravessa nove países, está cada vez mais

poluído, como mostra um acidente ocorrido na Roménia. Nas minas de ouro da Baía Mare,

chuvas repentinas abriram uma fenda num dique de uma bacia de decantação e vários metros

cúbicos de água com cianeto foram derramados no rio Tisza, um afluente do Danúbio.

Dezenas de milhares de peixes morreram” (adaptado de Expresso, 19 Fevereiro 2000).

a) Determine o valor de pH e a especiação desta água após o acidente ocorrido,

admitindo que a concentração total em cianeto ficou cerca de 7,7x10-3 M na zona

sinistrada e que pKa (HCN) = 9,2. Utilize o método gráfico e depois use as

aproximações que verificou serem correctas para efectuar um cálculo mais preciso

usando o método analítico.

b) Explique as diferenças existentes entre águas superficiais e subterrâneas em

termos de teores em oxigénio e em dióxido de carbono.

DADOS:

Constante de Henry para o sistema H2CO3/CO2: KH = 3,4 × 10-2 M atm-1

Constantes de dissociação do ácido carbónico: pKa1 = 6,38; pKa2 = 10,32

pCO2 = 10-3 atm.


II

a) Para uma determinada espécie de peixes existente num lago (pH=7,3), o teor de

Cd(II) livre é tóxico se ultrapassar o valor de 4 × 10-8 M. Sabendo que a

concentração total em cádmio no lago é de 1 × 10-6 M, determine a especiação do

Cd(II) nesta água, admitindo que é atingido o limite de toxicidade do cádmio.

Calcule o valor mínimo de concentração total em EDTA (devido a despejos

domésticos) no lago que não implique toxicidade para a espécie de peixes

referida.

b) Para as condições mencionadas em a), calcule o valor máximo de pH para o qual

o cádmio não precipita sob a forma de hidróxido de cádmio.

a) Os agentes tensioactivos são utilizados na formulação dos detergentes comerciais.

Diga em que consistem e como os classifica em termos de parâmetro de qualidade

da água. Indique dois métodos de tratamento de um efluente que contenha

detergentes.

DADOS:

Constantes de formação globais dos hidroxocomplexos: log β1OH = 3,9; log β2

OH =

7,7 (βiOH = [M(OH)i] / [M][OH]i).

Constante de formação do complexo de EDTA: log βCdEDTA = 16,46.

Constantes de dissociação do EDTA:

pKa1 = 2,0; pKa2 = 2,68; pKa3 = 6,11; pKa4 = 10,17.

Kps(Cd(OH)2) = 4,5 × 10-15.

III

a) Os perfis de concentração do ferro e do manganês nas águas naturais são

dependentes do potencial redox. Descreva a forma destes perfis (em função da

altura da coluna de água) e explique como se relacionam com o sistema de

autodepuração das águas naturais.

b) Num dado curso de água entrou um composto A (tóxico se [A] > 1,0 × 10-8 M),

numa concentração de 1 × 10-7 M. Este composto reagiu para dar o composto B:

Verifique se o composto A se mantém tóxico após atingido o equilíbrio.

DADOS:

K1 = 0,8 s-1; K-1 = 0,1 s-1

A BK1

K-1

A BK1

K-1

Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente


2º Teste 5 de Junho de 2010

I

Em 1980, uma nova corrida ao ouro na América Latina levou milhões de pessoas a

ingressarem na actividade artesanal do ouro, o garimpo, como forma de fugir à marginalização

social. No entanto, a crescente utilização de mercúrio para formação da amálgama Au-Hg, e a

sua emissão para os diferentes compartimentos ambientais, resultou numa fonte de

preocupação da comunidade científica.

a) Diga porque é que o mercúrio é um dos elementos poluentes na hidrosfera mais

perigosos (referir efeitos associados e a sua mobilidade ambiental) e indique

processos para a sua redução/eliminação nos cursos de água.

b) Devido a actividade garimpeira, o rio Piracicaba (pH=6,5), no Brasil, ficou com uma

concentração total de mercúrio de 5,2 µg/L. Posteriormente, a emissão de

efluentes domésticos contendo detergentes, fez aparecer uma concentração total

de EDTA de 2,6 × 10-5 M. Determine a especiação do mercúrio antes e após a

entrada de efluentes domésticos no rio e comente o resultado obtido.

c) Para as condições mencionadas em b), e antes da entrada dos efluentes

domésticos, calcule o valor máximo de pH para o qual o mercúrio não precipita sob

a forma de hidróxido de mercúrio.

DADOS:

MA (Hg) = 200,59

Constantes de protonação parciais do EDTA:

log K1 = 10,17; log K2 = 6,11; log K3 = 2,88; log K4= 2.

Constante de formação do complexo de EDTA: log βHgEDTA = 21,5.

Constantes de formação parciais dos hidroxocomplexos de mercúrio:

log K1OH = 10,6; log K2

OH = 11,2

log Kps(Hg(OH)2) = -25,5.

II

a) Sabendo que, na água intersticial de um sedimento de um lago a pH = 5,0, o par

redox NO3-/NH4

+ [log ([NO3-]/[NH4

+]) = 3] está em equilíbrio com o par redox

≡FeOOH/Fe2+, calcule o teor de Fe2+ presente em µg/L.

DADOS: pε0 (NO3-/NH4

+) = 14,9; pε0 (≡FeOOH/Fe2+) = 16,0; MA(Fe) = 55,85.

b) Determine a percentagem de chumbo adsorvido nas partículas de oxohidróxido de

ferro que se encontram em suspensão nesse lago, admitindo que o pH é igual a

6,5 na coluna de água, a concentração total de grupos de superfície é de 2.5 × 10-4

M, a concentração de chumbo total é de 5 × 10-7 M, a quantidade de partículas em

suspensão é de 2 g/L e os efeitos electrostáticos nas constantes de equilíbrio são

desprezáveis.

≡FeOOH2+ H+ + ≡FeOOH pK1

s = 6,0

≡FeOOH H+ + ≡FeOO- pK2s = 8,8

≡FeOOH + Pb2+ H+ + ≡FeOOPb+ pCK1s = 2,5

2 ≡FeOOH + Pb2+ 2H+ + (≡FeOO)2Pb pCK2s = 7,7

Responda, justificando, o que aconteceria ao teor de chumbo adsorvido se o pH do

lago passasse a ser 4,9 devido a um efluente industrial.

c) Explique em que consiste o ciclo do ferro num lago, indicando a sua importância

do ponto de vista ambiental. Justifique também como é possível existir um teor

apreciável de ferro(II) dissolvido na zona fótica, na presença de ácido tânico

resultante da queda de folhas provenientes da vegetação envolvente.

d) Um composto orgânico A contaminou este lago numa concentração de 1 × 10-6 M,

tendo posteriormente sofrido uma degradação no composto B (tóxico para as

espécies aquáticas se [B] > 1,0 × 10-7 M). Calcule a constante de equilíbrio

correspondente à reacção de degradação de A, a composição do lago nos

compostos A e B depois de atingido o equilíbrio e indique ainda se o composto B

apresenta toxicidade nessas condições.

DADOS:

K1 = 2 dia-1; K-1 = 0,8 dia-1

A BK1

K-1

A BK1

K-1



1º Exame

24 de Junho de 2010

I

a) Sabe-se que o valor de pH da água de um rio em equilíbrio com o dióxido de

carbono da atmosfera e com a calcite é de 8,3. Determine a variação de pH e a

especiação da água que se observaria se caísse uma chuva ácida que

introduzisse no rio uma concentração de HNO3 1 × 10-6 M e de HCl 5 × 10-7 M.

Utilize o método gráfico e posteriormente use as aproximações feitas para realizar

um cálculo mais preciso usando o método analítico.

DADOS:



pCO2 = 10-3,5 atm

Produto de solubilidade da calcite: Kps(CaCO3) = 5 × 10--9


b) Indique qual a diferença entre águas subterrâneas e águas superficiais em termos

de teor em dióxido de carbono e dureza. Explique ainda qual o efeito de um

aumento na pCO2 sobre a solubilidade da calcite e a dureza da água.

II

a) Determine a especiação e a solubilidade do níquel(II) na água de uma ribeira a pH

8,5 que se encontra contaminada por um efluente industrial, de tal forma que a

concentração total em DTPA é 1,85 × 10-4 M. Admita que nesta água existe um

equilíbrio com o precipitado de Ni(OH)2.

DADOS:

log Kps(Ni(OH)2) = -15,2.


OH =

8,0; log β3OH = 11,0 (βi

OH = [Ni(OH)i] / [Ni][OH]i).

Constante de formação do complexo de DTPA: log βNiDTPA = 20,3.

Constantes de protonação globais do DTPA:

log β1 = 10,55; log β2 = 19,14; log β3 = 23,44; log β4 = 26,1; log β5 = 27,92.

b) Para determinar o teor em oxigénio dissolvido na água da ribeira foi utilizado o

método de Winkler. Ao realizar o ensaio no laboratório, para aferir a solução de

titulante (tiossulfato de sódio - Na2S2O3), procedeu-se do seguinte modo: juntaram-

se 25 mL de uma solução de Cr2O72- 1,0 × 10-3 M a 2g de KI dissolvidos em meio

ácido e deixou-se esta mistura ao abrigo da luz durante cerca de 10 minutos.

Depois de convertido o iodeto em iodo, titulou-se com a solução titulante de S2O32-

tendo sido gastos 24,6 mL de titulante. Escreva as reacções redox envolvidas

neste procedimento de aferição do tiossulfato de sódio e determine a sua

concentração exacta.

DADOS: E0 (S4O62-/S2O3

2-) = 0,08 V; E0 (I2/I-) = 0,615 V; E0 (Cr2O7

2-/Cr3+) = 1,33 V

c) Suponha que era deitado um efluente contendo detergentes na ribeira. Diga em

que consistem os agentes tensioactivos, como os classifica em termos de

parâmetro de qualidade da água e indique dois métodos de tratamento deste tipo

de contaminação. Refira ainda a influência da presença de detergentes na

capacidade de reoxigenação dos cursos de água.

III

a) Um composto orgânico A1 contaminou a água de um lago numa concentração de

9,3 × 10-4 M, tendo-se degradado segundo o seguinte esquema reaccional:

A1 → A2 K1 = 0,8 dia-1

A2 → A3 K2 = 2,2 dia-1.

Admitindo que se atingiu um estado estacionário quando 65% de A1 se degradou,

determine as concentrações resultantes em A1, A2 e A3.

b) Indique em que consiste o efeito de estufa, qual o tipo de espécies químicas

responsáveis por ele e mencione soluções possíveis para a diminuição das suas

consequências.

.

Mestrado Integrado em Engenharia do Ambien te


2º Teste

1 de Junho de 2011

I

“Centenas de nigerianos mortos e milhares de vidas em risco devido a contaminação por

chumbo em terrenos de extracção ilegal de ouro, no estado de Zamfara, no norte do país. Uma

equipa de investigação da ONU no local recolheu dezenas de amostras de água e de solo de

cinco aldeias nigerianas para análise. Segundo os técnicos, a água poluída é um mal menor,

quando comparado com a contaminação do solo e dos alimentos afectados, tais como carne,

legumes e cereais.” (BBC; Africa News, Outubro 2010)

a) Num poço de uma aldeia no estado de Zamfara (pH = 6,8), a concentração

total de chumbo ultrapassou em 30 µg/L o valor de tolerância em água potável

(50 µg/lL). Simultaneamente, infiltrações de detergentes no solo levaram à

contaminação do poço também com EDTA (CEDTA = 2,5 × 10-4 M). Determine a

especiação do chumbo antes e após a infiltração de detergentes e comente o

efeito da presença de EDTA na água em termos da contaminação por chumbo

da população da aldeia. Não considere a possibilidade de formação de fases

sólidas nesta alínea.

b) Diga se precipita PbCO3 ou Pb(OH)2, antes da infiltração dos detergentes e

calcule a solubilidade do chumbo em função dos resultados obtidos.

c) Diga porque é que o chumbo é um dos elementos poluentes da água mais

perigosos, referindo efeitos associados e a sua mobilidade ambiental. Indique

processos de tratamento dos cursos de água contaminados.

DADOS:

MA (Pb) = 207,20 g/mol; Alcalinidade: 5,2 × 10-3 M

Constantes de dissociação do ácido carbónico: pKa1 = 6,34; pKa2 = 10,33.

Constantes de formação parciais dos complexos de carbonato de chumbo:

log K1 = 6,1; log K2 = 2,1

Constantes de protonação globais do EDTA:

log β1 = 10,17; log β2 = 16,28; log β3 = 19,16; log β4= 21,16.

Constante de formação global do complexo de EDTA: log βPbEDTA = 18,0

Kps(PbCO3) = 1,0 × 10--13

Kps(Pb(OH)2) = 1,4 × 10-20

II

a) É cada vez maior o número de pessoas que adopta processos de tratamento de

águas de piscina que não envolvem o cloro, devido à intolerância manifestada por

diversos utilizadores. Escreva a equação redox global correspondente à

desinfecção da água de uma piscina (pH = 7,4) por ionização da prata e calcule a

respectiva constante de equilíbrio. Sabe-se que o limite máximo permitido de Ag+

na água da piscina é de 0,01 mg/L e que a pressão parcial de oxigénio é de 0,2

atm.

DADOS: pε0 (Ag+/Ag) = 13,5; pε0 (O2/H2O) = 20,8; MA(Ag) = 108 g/mol.

b) Determine a percentagem de grupos funcionais com carga positiva à superfície

das partículas de oxohidróxido de ferro que se encontram em suspensão na água

da piscina, sabendo que a concentração total de grupos de superfície é de 8,3 ×

10-5 M e que a quantidade de partículas em suspensão é de 1,3 g/L.


s = 6,0


c) Dois compostos orgânicos, A1 e A3, foram lançados acidentalmente na água da

piscina ([A1]0 = [A3]0 = 1 × 10-4 M). Sabendo que estes compostos se degradam

segundo as reacções abaixo indicadas para dar o composto A2, indique ao fim de

quanto tempo 95% de cada um dos compostos lançados se degradou. Comente a

importância relativa das duas reacções para a obtenção do produto de

degradação A2 inofensivo.

A1 → A2 K1 = 2,3 × 10-4 M.dia-1

A3 → A2 K2 = 1,6 × 104 M-1.dia-1.

d) Devido a uma não completa homogeneização dos sistemas, a concentração dos

microconstituintes varia com a altura na coluna de água da piscina. Explique a

forma do perfil de concentração do manganês e a sua importância no sistema de

autodepuração dos lagos. Comente ainda o perfil de concentração do alumínio na

coluna de água, admitindo que ele pode entrar à superfície devido a escorrências

dos terrenos, provocadas pela rega do jardim envolvente.

Mestrado Integrado em Engenharia d o Ambiente


2º Teste 31 de Maio de 2012

I

Uma mina de blenda (ZnS) abandonada, situada no Vale de Karrantza (Biscaia, norte

de Espanha), é responsável por uma contaminação acentuada do rio Callejo devido à

mobilidade do zinco.

a) Determine a especiação e a solubilidade (em mg/L) do zinco na água do rio

Callejo (pH = 7,8) saturado com ZnCO3.

b) Redetermine a especiação do zinco após a entrada no rio de ácido

nitrilotriacético (NTA, co-adjuvante da formulação de detergentes, CNTA = 3 ×10-

3 M) proveniente de efluentes domésticos da aldeia próxima. Admita que não

há formação de precipitado e que a concentração total em zinco é de 2 × 10-6

M. Compare os resultados obtidos em a) e b) em termos da toxicidade do

zinco.

c) Diga em que consistem os agentes tensioactivos e como os classifica em

termos de parâmetro de qualidade da água. Indique um método de tratamento

deste tipo de contaminação e explique a influência da presença de detergentes

na capacidade de reoxigenação dos cursos de água.

DADOS:

MA (Zn) = 65,41 g/mol; Alcalinidade: 5,2 × 10-3 M

Constantes de protonação globais do ácido carbónico: log β1 = 10,33; log β2 = 16,67.

Constantes de formação globais dos hidroxocomplexos de zinco:

β1OH = 2,5 × 104; β3

OH = 7,2 × 1015; β4OH = 2,8 × 1015

(βiOH = [M(OH)i] / [M][OH]i).

Constantes de dissociação do NTA:

pKa1 = 1,8; pKa2 = 2,48; pKa3 = 9,65.

Constante de formação do complexo de NTA: log βZnNTA= 10,66

log Kps (ZnCO3) = -10.

II

a) A infiltração de efluentes domésticos no solo, decorrente de uma rotura na

canalização, conduziu ao aparecimento num lago com peixes de um composto

tóxico X (concentração inicial 5 × 10-5 M). Este composto pode decompor-se de

modo irreversível de duas maneiras, dando Y ou Z, com constantes de

velocidade respectivamente KY = 1 × 103 M-1h-1 e KZ = 2,5 × 102 M-1h-1. Escreva

as equações diferenciais de decomposição de X e de formação de Y e Z.

Sabendo que o composto X é tóxico para os peixes a partir de CX = 10-6 M,

determine ao fim de quantos dias ele deixa de ser prejudicial.

b) Nesse lago (pH = 6,5), de pouca profundidade, vive uma espécie de peixe que

necessita de um teor em oxigénio dissolvido de 9 mg/L. Sabendo que o

ecossistema lago foi perturbado devido à entrada de um sedimento contendo

Fe2+ 2 × 10-12 M e FeOOH(s), verifique se o teor em oxigénio se manteve

suficiente para a sobrevivência daquela espécie de peixe.

DADOS:

pε0 (FeOOH/Fe2+) = 16,0; pε0 (O2/H2O) = 20,8; KO2 = 1,27 × 103 Matm-1 (constante de

Henry para o oxigénio); MA(O) = 16 g/mol.

c) Determine a percentagem de chumbo que poderia ficar adsorvido nas

partículas de sedimento (concentração total de grupos de superfície 6,5 × 10-4

M) do lago (pH = 6,5) se a concentração de chumbo total atingisse o valor de 2

× 10-7 M.


s = 6,0


≡FeOOH + Pb2+ H+ + ≡FeOOPb+ pCK1s = 2,5

d) Explique o papel da sedimentação das partículas na regulação do teor em

metais na coluna de água de um lago. Comente o ciclo do ferro e a sua

associação ao ciclo dos fosfatos. Justifique ainda porque é que as partículas de

CaCO3 não são eficientes em termos depurativos.



1º Exame

9 de Junho de 2012

I

a) Determine o valor de pH, a especiação e a acidez de uma água subterrânea

em equilíbrio com uma pressão de SO2 de 6 × 10-7 atm. Utilize o método gráfico

e posteriormente use as aproximações feitas para realizar um cálculo mais

preciso usando o método analítico.

b) Indique dois métodos de eliminação de sulfatos numa água e explique a

necessidade de controlar o teor de sulfatos em águas utilizadas em caldeiras e

permutadores de calor.

DADOS:

Constante de Henry para o sistema H2SO3(aq)/SO2(g): KH = 1.25 M atm-1

Constantes de dissociação do ácido sulfuroso (H2SO3): pKa1 = 1,89; pKa2 = 7,20


II

a) Uma indústria de baterias, situada na proximidade da costa colombiana, lançou

uma descarga para a Baía de Cartagena (pH = 7,9) que provocou uma

concentração total em cádmio de 7,5 × 10-7 M. A bioacumulação em ostras

(usadas como indicadores de poluição) retiradas de vários pontos da baía chegou

a atingir valores da ordem de 25,8 mg Cd/Kg. Determine a especiação do Cd2+ na

água da baía. Calcule, a seguir, o valor mínimo de concentração total de EGTA

(proveniente de despejos industriais) que poderá evitar a toxicidade do cádmio

(limite 1 × 10-8 M em Cd2+ livre).

b) Nas condições da alínea a) e na ausência de EGTA, determine o valor máximo de

pH para o qual o cádmio não precipita sob a forma de CdCO3.

c) Se os despejos industriais que contaminam a Baía de Cartagena contiverem um

produto tóxico X ([X]0 = 3 × 10-7 M) que sofre duas reacções consecutivas e

irreversíveis para dar o produto final Z (KZ = 0,5 s-1), passando por um produto

intermediário Y (KY = 0,3 s-1), diga qual será a concentração de X, Y e Z, para o

tempo de meia vida de X, considerando a aproximação de estado estacionário.

DADOS:

Alcalinidade: 8,0 × 10-5 M


Constante de formação do complexo de EGTA: log βCdEGTA = 16,5.

Constantes de dissociação do EGTA:

pKa1= 2,0; pKa2 = 2.66; pKa3 = 8,85; log pKa4= 9,47.

Constantes de formação parciais dos hidroxocomplexos: log K1OH = 3,9; log K2

OH =

3,8 (βiOH = [Cd(OH)i] / [Cd][OH]i).

Kps(CdCO3) = 6,2 × 10-12

III

a) Determine a carga à superfície das partículas de alumínio em suspensão na água

da Baía de Cartagena (pH = 7,9), sabendo que estão numa concentração de 1,5

g/L.

DADOS:

Concentração total de cádmio = 1 × 10-8 M

Concentração total grupos superfície = 3 × 10-5 M

≡AlOH2+ H+ + ≡AlOH pK1

s = 7,2

≡AlOH H+ + ≡AlO- pK2s = 9,5

≡AlOH + Cd2+ H+ + ≡AlOCd+ pKs = 3,0

Se a carga à superfície das partículas passar a ser 4,3 × 10-8 M, devido a uma

alteração do pH (efluente industrial lançado na baía), indique qual o efeito sobre a

capacidade de sedimentação das partículas de alumina.

b) Diga em que consiste o nevoeiro fotoquímico, indique as suas consequências

para a saúde humana e duas soluções possíveis para limitar as emissões de

óxidos de azoto.



2º Teste

16 de Maio de 2013

I

Um estudo realizado em 2010, pela Universidade Federal de Minas Gerais, detectou elevados

níveis de contaminação por alumínio, chumbo e crómio (até 200 vezes o limite permitido pela

legislação) em dois afluentes do rio São Francisco, perto das áreas industriais de Três Marias,

Barreiro Grande e Pirapora. Este facto pode ter impacto na biota aquática bem como na saúde

humana devido ao efeito cumulativo nos organismos.

a) Determine a especiação e a solubilidade (µg/L) do alumínio (III) na água do rio

São Francisco saturado com Al(OH)3 (pH=6,5).

b) Admita que os efluentes industriais introduziram também no rio uma

concentração total em EGTA de 4 × 10-4 M e redetermine a especiação e a

solubilidade do alumínio (III). Considere que o pH se manteve constante e que

a água continua saturada em Al(OH)3. Comente as consequências que poderá

ter para o ambiente a entrada deste ligando.

c) Sabe-se que o estado de oxidação mais comum em que o crómio se encontra

na natureza é +3, apesar da forma +6 ser também bastante estável se bem

que tóxica para os seres humanos a nível hepático e renal. Determine, do

ponto de vista termodinâmico, sob que forma está presente o crómio no rio São

Francisco (pO2 = 0,2 atm) e escreva a reacção redox global correspondente.

Admita que a concentração total em crómio é de 2,3 × 10-7 M e que a razão

entre as concentrações de Cr2O72- e de Cr3+ é de 1,5.

DADOS:

MA(Al) = 26,98 g/mol

Kps(Al(OH)3) = 2,0 × 10-32


OH =

17,6; log β4OH = 33,0 (βi

OH = [Al(OH)i] / [Al][OH]i).

Constante de formação do complexo de EGTA: log βAlEGTA = 13,9.

Constantes parciais de protonação do EGTA:

log K1= 9,47; log K2 = 8,85; log K3 = 2,66; log K4= 2,0.

pε0 (O2/H2O) = 13,75; pε0 (Cr2O72-/Cr3+) = 22,54.

II

Num lago dá-se a seguinte reacção de decomposição do composto A1 catalisada

por uma enzima:

k1 k2 A1 → A2 → A3.

a) Escreva as equações diferenciais de decomposição de A1 e de formação de A3.

Admitindo um estado estacionário, determine a concentração de A1, de A2 e de

A3 quando 75% de A1 está decomposto (k1 = 2,0 × 10-4 Ms-1, k2 = 13 s-1, [A1]0 =

5 × 10-4 M).

b) Os óxidos de azoto são poluentes atmosféricos que provocam diversos efeitos

nocivos no nosso planeta e nos seus habitantes. Nomeie quatro fenómenos em

que os óxidos de azoto estejam envolvidos e explique em que consistem três

deles.

c) Determine a especiação do níquel (na forma dissolvida e particulada), sabendo

que partículas de montmorilonite se encontram em suspensão num curso de

água de uma gruta situada perto do lago acima referido. Admita que o pH

daquela água é igual a 7,8, a concentração total de grupos de superfície é de

2,0 × 10-4 M, a concentração de níquel total é de 1,8 × 10-7 M, a quantidade de

partículas em suspensão é de 2,3 g/L e os efeitos electrostáticos nas

constantes de equilíbrio são desprezáveis.

≡SOH2

+ H+ + ≡SOH pK1s = 5,6

≡SOH H+ + ≡SO- pK2s = 8,7

≡SOH + Ni2+ H+ + ≡SONi+ pCK1s = 4,5

2 ≡SOH + Ni2+ 2H+ + (≡SO)2Ni pCK2s = 8,7

d) Diga a que se pode dever a presença de cloretos num curso de água. Indique

ainda que tipo de parâmetro é, um método para a determinação de cloretos e

dois processos de tratamento de uma amostra de água com excesso de

cloretos.

Cotação: Ia) 3,0 val; Ib) 3,5 val; Ic) 3,5 val; IIa) 3,0 val; IIb) 2,0 val; IIc) 3,0 val; IId) 2,0 val



2º Teste

22 de Maio de 2014

I

Os estudos de metais tóxicos em ambiente aquático são necessários devido à possível

contaminação desses metais por toda uma rede trófica através da alimentação. A

bioconcentração de metais nos peixes (fígado, brânquias, baço, rins) provoca diversas

reacções nos mesmos (stress, disfunções fisiológicas, alterações no crescimento e

reprodução). Em particular, determinou-se a existência da seguinte correlação entre a

concentração de Mn (Cp) nas espécies piscívoras (topo de cadeia) e o valor determinado para

o mesmo metal (Ca) na água do rio das Almas (Brasil Central): Cp (µg/g) = 1,59Ca (µg/mL) +

2×10-3.

d) Qual seria a especiação (M) e a solubilidade (mg/L) do manganês (II) no rio das

Almas (pH = 8,5) se este estivesse saturado em Mn(OH)2 ?

e) Sabendo que nas redondezas existe uma unidade agro-pecuária que lançou

para o rio efluentes resultantes da lavagem das pocilgas e estábulos contendo

detergentes (CEDTA = 6 × 10-5 M), redetermine a especiação do manganês (II)

na água do rio. Considere que o pH se manteve constante e que o teor de Mn

determinado nas espécies piscívoras do rio das Almas foi de 0,053 µg/g.

Analise as consequências para o ambiente da entrada deste tipo de efluentes

do ponto de vista da especiação do Mn(II).

f) Os perfis do ferro e do manganês em solução são muito influenciados pelo

potencial redox. Explique a forma destes perfis na coluna de água e a sua

influência no sistema de autodepuração das águas naturais.

DADOS:

MA(Mn) = 54,94 g/mol

Kps(Mn(OH)2) = 1,6 × 10-15

ALC = 5 × 10-4 M

Constantes de protonação do ácido carbónico: log β1 = 10,32; log β2 = 16,7

Constantes formação hidroxocomplexos manganês: log β1OH = 2,9; log β4

OH = 7,7.

Constante formação complexo com hidrogenocarbonato (HL): log KMnHL = 0,52

(KMnHL = [MnHL]/[Mn][HL]).

Constante formação complexo com EDTA: log βMnEDTA = 13,87.

Constantes dissociação EDTA:

pKa1 = 2,0; pKa2 = 2,68; pKa3 = 6,11; pKa4 = 10,17.

II

a) Determine a razão das concentrações [Fe3+]/[Fe2+] numa água saturada com

oxigénio (pO2 = 1 atm) e na mesma água em que houve um esgotamento deste

gás devido a um problema de eutrofização. Sabe-se que não há complexantes

para o ferro, que o pH é igual a 8,2 e que, no segundo caso, a concentração de

sulfureto total é de 10-5 M e a de sulfato é 10-3 M. Comente o facto de muitas

vezes os valores das concentrações dos iões Fe3+ e Fe2+ determinadas

experimentalmente não obedecerem às razões calculadas.

DADOS: H2S (log K1 = 13,9, log K2 = 7); pε0 (O2/H2O) = 20,8; pε0 (SO42-/HS-) =

4,13; pε0 (Fe3+/Fe2+) = 13,0.

b) Diga como classifica, em termos de parâmetro de qualidade da água, o

oxigénio dissolvido. Indique dois factores de que depende a sua concentração

e dois métodos para a sua determinação. Defina ainda o que é CBO e CQO.

c) Considerando que é lançado para uma lagoa um composto tóxico A ([A]0 = 4,0

× 10-5 M) que se pode decompor de forma irreversível por 2 processos

diferentes, em B e C, com constantes de velocidade kB = 1 × 10-3 Mdia-1 e kC =

5 × 10-3 Mdia-1, determine o tempo necessário para que o composto A deixe de

afectar o ambiente de modo directo. Sabendo que a concentração de B ao fim

desse tempo é 3 × 10-6 M, diga se B e C se podem considerar contaminantes

DADOS: Limites de toxicidade: CA = 10-8 M, CB = 6 × 10-6 M e CC = 2 × 10-6 M.

d) Determine a carga à superfície das partículas de alumína em suspensão na

água da lagoa (pH = 7,7) e diga, justificando, como variaria essa carga se o pH

da água aumentasse por despejo de um efluente industrial alcalino.

DADOS:

Concentração total de chumbo = 4,0 × 10-7 M

Concentração total grupos superfície = 5,0 × 10-4 M

≡AlOH2+ H+ + ≡AlOH pK1

s = 7,2

≡AlOH H+ + ≡AlO- pK2s = 9,5

≡AlOH + Pb2+ H+ + ≡AlOPb+ pKs = 2,2

Cotação: Ia) 3,0 val; Ib) 3,5 val; Ic) 2,0 val; IIa) 3,0 val; IIb) 2,5 val; IIc) 3,0 val; IId) 3,0 val



1º Exame

7 de Junho de 2014

I

a) Um aquário equipado com um dispositivo controlador de pH (injecção de CO2

para baixar o pH ou circulação de ar para o fazer subir) foi cheio com água (pH

5,7). Ao fim de 1 semana foram deixados cair lá dentro, acidentalmente, dois

comprimidos de aspirina 500 mg (ácido acetilsalicílico, C = 5,80 × 10-5 M, pKa =

3,49). Determine o valor de pH e a especiação desta água após a queda dos

comprimidos, utilizando o método gráfico e depois as aproximações que

verificou serem correctas para efectuar um cálculo mais preciso usando o

método analítico. Em função do resultado obtido, diga se o dispositivo

controlador de pH teve de actuar para repor o pH e, em caso afirmativo, de que

forma.

b) De que parâmetros depende a lixiviação dos poluentes atmosféricos pela água

da chuva?

DADOS:



pCO2 = 10-3,5 atm.


II

a) A poluição por chumbo (CPb = 106 µg/L) das águas fluviais do Bengo (Angola)

deve-se em grande parte à sua utilização para lavagem de geradores e

componentes de automóveis. Determine a especiação deste ião metálico no rio

Bengo (pH = 7,5) sabendo que efluentes industriais lançaram também no rio

NTA (CNTA = 2 × 10-4 M). Comente o efeito da presença do NTA sobre a

toxicidade do chumbo no meio aquático.

b) Nas condições da alínea a), e admitindo que o pH se mantém constante,

determine o valor de concentração total de fosfatos proveniente de

escorrências dos terrenos circundantes a partir da qual precipita Pb3(PO4)2.

Explique o significado do resultado obtido.

c) Diga como classifica, em termos de parâmetro de qualidade da água, a

alcalinidade. Indique um método experimental para a sua determinação e a

forma da curva de titulação obtida no caso de a água ter como constituintes

predominantes os iões HCO3- e CO3

2-.

DADOS:

MA (Pb) = 207,20 g/mol

Constantes de formação dos hidroxocomplexos de chumbo:

log K1OH = 6,0; log K2

OH = 4,3; log K3

OH = 3,0

Constante de formação do complexo de NTA: log βPbNTA = 11,34

Constantes de dissociação do NTA:

pKa1 = 1,8; pKa2 = 2,48; pKa3 = 9,65

Constantes de protonação do H3PO4: log β1 = 12,35; log β2 = 19,55; log β3 = 21,7

Kps(Pb3(PO4)2) = 3,0 × 10—44

III

a) Uma água natural a pH 7 e a 6 metros de profundidade está contaminada com

cobre (CCu = 2,5 × 10-8 M). Se o teor de oxigénio dissolvido for 5,2 × 10-5 M e os

sistemas redox O2/H2O e Cu2+/Cu+ estiverem em equilíbrio, determine as

concentrações em Cu2+ e Cu+ e comente o carácter oxidante ou redutor desta

água.

DADOS: pε0 (Cu2+/Cu+) = 2.59; pε0 (O2/H2O) = 20.8; KH (O2) = 1.36x10-3 M atm-1

b) Determine a percentagem de grupos funcionais neutros à superfície das

partículas de gatite existentes em suspensão nessa água natural (pH = 7) e

diga, justificando, como varia a percentagem de adsorção dos iões Cu2+ na

gatite em função do pH.

DADOS:

Quantidade de partículas em suspensão = 1,5 g/L

Concentração total grupos superfície = 4,8 × 10-4 M

≡FeOH2+ H+ + ≡FeOH pK1

s = 7,2

≡FeOH H+ + ≡FeO- pK2s = 9,3.

Cotação: Ia) 5,0 val; Ib) 2,0 val; IIa) 3,5 val; IIb) 2,0 val; IIc) 2,0 val; IIIa) 2,5 val; IIIb) 3,0

CARACTERÍSTICAS E QUÍMICA DA ÁGUA · II a) Sabendo que o potencial redox da água subterrânea...

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