UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
CAMILA DAGOSTIN BITTENCOURT
NATALIA COELHO DA SILVA FLORIANO
ACIDEZ E ALCALINIDADE
Tubarão
2013
UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
CAMILA DAGOSTIN BITTENCOURT
NATALIA COELHO DA SILVA FLORIANO
ACIDEZ E ALCALINIDADE
Relatório apresentado à disciplina de Química Analítica III do curso de Química Industrial da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Profª.: Márcia Luzia Michels
Tubarão
2013
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 ACIDEZ E FONTES DE ACIDEZ NAS ÁGUAS
Segundo Roque Passos Piveli, acidez de uma água pode ser definida como sua
capacidade de reagir quantitativamente com uma base forte até um valor definido de pH,
devido à presença de ácidos fortes (ácidos minerais: clorídrico, sulfúrico, nítrico, etc.),
ácidos fracos (orgânicos: ácido acético, por exemplo, e inorgânicos: ácido carbônico, por
exemplo) e sais que apresentam caráter ácido (sulfato de alumínio, cloreto férrico, cloreto
de amônio, por exemplo).
O gás carbônico é um componente habitual da acidez das águas naturais. Vale
lembrar que o gás carbônico dissolvido na água representa o ácido carbônico, através do
seguinte equilíbrio químico:
CO2+H 2O→H 2C O3
Portanto, embora o gás carbônico não chegue a provocar profundas condições
de acidez nas águas, é um componente importante por estar sempre presente, mediante sua
dissolução na água proveniente da atmosfera, por diferença de pressão parcial (Lei de
Henry) ou por resultar, em caso de águas poluídas, da decomposição aeróbia ou anaeróbia
da matéria orgânica. Isto ocorre também no hipolímnio de lagos estratificados e em águas
subterrâneas, especialmente aquelas com níveis reduzidos de carbonatos, pois estes reagem
com o gás carbônico formando bicarbonatos. O gás carbônico é bastante solúvel na água,
podendo normalmente ser encontradas concentrações deste gás bem superiores às de
oxigênio dissolvido.
Os ácidos minerais surgem em águas naturais principalmente através de
descargas de efluentes industriais não neutralizados. São muito os ramos industriais que
utilizam-se de ácidos em seus processos industriais, destacando-se as metalurgias e a
siderurgia, onde são freqüentes os processos de decapagem ácida. A decapagem é em
muitos casos necessária para a remoção da camada oxidada (ferrugem) das peças, antes de
seu uso ou de seu recobrimento por outro metal (etapa de galvanoplastia). Em águas
naturais, a acidez mineral pode ser formada através da oxidação de sulfetos, como indicado
nas equações químicas:
2S0+3O2+2H 2O→2 H 2SO4
FeS+312O2+H 2O→FeSO 4+H 2SO4
Estas reações podem ser enzimáticas. Também a hidrólise de sais de alguns
metais pode levar à formação de acidez mineral nas águas, como ocorre nas estações de
tratamento de águas para abastecimento público na etapa de coagulação, por exemplo com
cloreto férrico ou sulfato de alumínio, conforme indicado nas equações químicas:
FeCl3+3 H 2O↔Fe ¿
Al2 ¿
Os hidróxidos metálicos formados são insolúveis, precipitando-se e
promovendo a floculação por varredura.
2.2 IMPORTÂNCIA NOS ESTUDOS DE CONTROLE DE QUALIDADE DE ÁGUAS
Conforme Roque Passos Piveli, não há praticamente nenhuma relação com o
gás carbônico, sob o ponto de vista da saúde pública. Os ácidos minerais que
possivelmente teriam, são identificados pela manifestação de sabor azedo em
concentrações relativamente baixas. A grande importância no controle da acidez das águas
reside nos estudos de corrosão, que pode ser provocada tanto pelo gás carbônico (presente
em águas naturais) como pelos ácidos minerais (presentes em efluentes industriais). O
parâmetro “acidez” não se constitui, apesar de sua importância, em qualquer tipo de
padrão, seja de potabilidade, de classificação das águas naturais ou de emissão de esgotos;
o efeito da acidez é controlado legalmente pelo valor do pH.
A acidez quantificada em mg CaCO3/L tem seu uso restrito ao controle dos
processos de tratamento. É o caso, por exemplo, do parâmetro “ácidos voláteis”, utilizado
no controle de reatores anaeróbios de tratamento de esgotos. Sabe-se que, nestes, a
concentração de ácidos voláteis deve ser mantida baixa e que um aumento representa
desequilíbrio entre a fase de fermentação ácida e a metanogênese. As metanobactérias
utilizam os ácidos voláteis e, quando seus crescimentos encontram-se inibidos, ocorre
acúmulo de ácidos no sistema e o pH cai.
O gás carbônico também está envolvido com o consumo de cal no processo de
abrandamento de água pelo processo conhecido por “cal e soda” (neste caso “soda”
representa a soda-barrilha, carbonato de sódio). Em diversas etapas deste processo, o gás
carbônico reage com a cal, precipitando carbonato de cálcio.
2.3 ALCALINIDADE E FONTES DE ALCALINIDADE NAS ÁGUAS
Consoante Roque Passos Piveli, alcalinidade de uma amostra de água pode ser
definida como sua capacidade de reagir quantitativamente com um ácido forte até um valor
definido de pH.
Os principais componentes da alcalinidade são os sais do ácido carbônico, ou
seja, bicarbonatos e carbonatos, e os hidróxidos. Outros sais de ácidos fracos inorgânicos,
como boratos, silicatos, fosfatos, ou de ácidos orgânicos, como sais de ácido húmico, ácido
acético etc., também conferem alcalinidade às águas, mas seus efeitos normalmente são
desconsiderados por serem pouco representativos. Além disto, esta particularização
permite o cálculo dos três componentes da alcalinidade, individualmente.
Os bicarbonatos e, em menor extensão, os carbonatos, que são menos solúveis,
dissolvem-se na água devido à sua passagem pelo solo. Se este solo for rico em calcáreo, o
gás carbônico da água o solubiliza, transformando-o em bicarbonato, conforme a reação:
CO2+CaCO3+H 2O↔Ca¿
Os carbonatos e hidróxidos podem aparecer em águas onde ocorrem florações
de algas (eutrofizadas), sendo que em período de intensa insolação o saldo da fotossíntese
em relação à respiração é grande e a retirada de gás carbônico provoca elevação de pH para
valores que chegam a atingir 10 unidades. A principal fonte de alcalinidade de hidróxidos
em águas naturais decorre da descarga de efluentes de indústrias, onde se empregam bases
fortes como soda cáustica e cal hidratada. Em águas tratadas, pode-se registrar a presença
de alcalinidade de hidróxidos em águas abrandadas pela cal.
2.4 IMPORTÂNCIA NOS ESTUDOS DE CONTROLE DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Como Roque Passos Piveli, a alcalinidade das águas não representa risco
potencial à saúde pública. Provoca alteração no paladar e a rejeição da água em
concentrações inferiores àquelas que eventualmente pudessem trazer prejuízos mais sérios.
A alcalinidade não se constitui em padrão de potabilidade, ficando este efeito limitado pelo
valor do pH. Também não é padrão de classificação de águas naturais nem de emissão de
esgotos, sendo que a importância deste parâmetro se concentra no controle de
determinados processos unitários utilizados em estações de tratamento de águas para
abastecimento e residuárias. Na etapa de floculação de águas para abastecimento público, a
alcalinidade da água assume fundamental importância na ocorrência do fenômeno
denominado floculação por varredura, que muitas vezes é o mecanismo de floculação mais
atuante. Neste processo, o coagulante reage com a alcalinidade da água formando
hidróxidos metálicos polimerizados altamente insolúveis (de alumínio ou de ferro,
dependendo do coagulante utilizado), que arrastam partículas coloidais em seus percursos
de sedimentação. São previstas relações estequiométricas entre dosagem de coagulantes e
alcalinidade necessária. Em alguns casos, observa-se que, apesar de a água apresentar
alcalinidade natural suficiente para reagir com o coagulante, ainda assim adiciona-se cal
hidratada no processo de floculação que, para esta função, pode ser considerado
desnecessário, podendo até mesmo trazer efeitos adversos ao tratamento.
No campo do tratamento de esgotos, é bastante antiga a aplicação da digestão
anaeróbia de lodos. Neste digestor, considera-se necessária a presença de alcalinidade de
bicarbonatos elevada, entre 1000 e 5000 mg/L em CaCO3, para produzir efeito tampão
suficiente para impedir queda brusca de pH em caso de desequilíbrio. Modernamente, com
o desenvolvimento de reatores anaeróbios para o tratamento de esgotos, este conceito
evoluiu no sentido de que a alcalinidade é uma condição de segurança e não indispensável,
tendo-se operado reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manto de lodo e filtros
anaeróbios em faixas de pH mais baixas. O importante é a manutenção de uma relação
alcalinidade/ácidos voláteis elevada. Diversos pesquisadores observaram, inclusive, a
produção natural de alcalinidade em reatores anaeróbios devido à formação de sais de
ácidos voláteis. Nestes casos, o pH dos efluentes tratados é superior ao registrado na
entrada do reator, sem que se tenha adicionado alcalinizante artificialmente.
A alcalinidade das águas associa-se à dureza, como será visto adiante, sendo
responsável pela precipitação de carbonatos principalmente em sistemas de águas quentes,
provocando a formação de incrustações.
3. MATERIAIS E REAGENTES
Abaixo serão apresentados os materiais e reagentes necessários para a
realização dos experimentos realizados.
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS
Tabela 1: Materiais.MATERIAIS QUANTIDADE CAPACIDADE
Agitador Magnético 1 -
Béquer 2 50mL; 250 mL
Bureta 1 50 mL
Erlenmeyer 2 250 mL
Garra 1 -
pH - metro -
Proveta 1 100mL
Suporte universal 1 -
Fonte: Os Autores, 2013.
3.2 REAGENTES UTILIZADOS
Tabela 2 – Reagentes.REAGENTES QUANTIDADE
Água de lavanderia (turva) 100 mL
Água de poço 200 mL
Fenolftaleína 3 gotas para cada experimento
H2SO4 Aproximadamente 120 mL
Metilorange O Suficiente
NaOH Aproximadamente 200 mL
Fonte: Os Autores, 2013.
4. MÉTODOS
A seguir será apresentada a metodologia dos diferentes ensaios realizados em
laboratório.
4.1 ACIDEZ
I. Com o auxílio de uma proveta mediu-se 100 mL da solução em questão, sendo
depositada em um Erlenmeyer de 500 mL.
II. Adicionou-se no Erlenmeyer com a solução aproximadamente 3 gotas de
Fenolftaleína e agitou-se levemente.
III. Titulou-se a amostra com NaOH 0,02028N até atingir uma coloração rósea
permanente.
IV. Repetiu-se o experimento mais uma vez a fim de obter dados estatísticos e
anotou-se o volume gasto.
4.2 ALCALINIDADE
I. Através de uma proveta mediu-se 100 mL da amostra a ser analisada, sendo a
mesma transferida para um Erlenmeyer de 500 mL.
II. Adicionou-se à amostra 3 gotas de fenolftaleína.
III. Como a solução a ser analisada apresentou uma coloração rósea/vermelho
titulou-se com H2SO4 0,0208N, até o descoramento do indicador.
IV. Anotou-se o volume gasto do ácido.
V. Ainda na solução, acrescentou-se 3 gotas de metilorange tornando a mesma
com uma cor amarelada e titulou-se com H2SO4 0,0208N até obter uma solução
alaranjada.
VI. Repetiu-se o experimento mais uma vez a fim de obter dados estatísticos e
anotou-se o volume total gasto.
4.3 ALCALINIDADE POTENCIOMÉTRICA
I. Mediu-se com o auxílio de uma proveta, 100 mL da amostra de lavanderia e
transferiu-se para um béquer de 500 mL.
II. Colocou-se o Becker sobre um agitador magnético e introduziu-se
cuidadosamente dentro da solução o eletrodo do potenciômetro.
III. Titulou-se com solução de H2SO4 0,0208N até o pH atingir 4,5. Anotou-se o
volume total gasto de ácido.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após o término dos testes realizados nas amostras, algumas observações
importantes são verificadas e apresentadas na seqüência desse trabalho e a fim de obter
resultados confiáveis realizou-se o Princípio de Chauvenet que se baseia na rejeição de
resultados e o Teste T que determina o intervalo em que a µ deve estar.
5.1 ACIDEZ
Tabela 3 – Volume gasto nas amostras analisadas.AMOSTRA VOLUME DE NaOH GASTOS (mL)
A 1,1
B 1,1
x± s 1,1 ± 0
Fonte: Os Autores, 2013.
mg .L−1de acidez em termos deCaCO3=mLde NaOH 0,02N x10 x f
f=[ ]dor ó tulo[ ]domé todo
sendo que , f=fator decorre ção
f=0,020280,02
=1,014
mg .L−1de acidez em termos deCaCO3=1,1mL x10 x1,014
acidez emtermos deCaCO3=11,154mg .L−1
Como não houve variação do volume de NaOH nas duas amostras obtivemos
exatidão e precisão nos resultados encontrando uma acidez de
11,154mg. L−1 emtermos deCaCO3.
Tabela 4 – Acidez em mg/L das amostras analisadas em cada equipe.AMOSTRA ACIDEZ (mg/L)
Equipe A 17,1
Equipe B 11,2
Equipe C 6,1
Equipe D 6,6
Equipe E 6,08
x± s 9,41 ± 4,8
Fonte: Os Autores, 2013.
O intervalo de confiança da média nos resultados obtidos da Tabela 4 se
encontra entre 3,45 até 15,369.
O erro provável, encontrado através do Princípio de Chauvenet, encontra-se
fora da faixa compreendida entre 4,17 — 14,65, sendo assim, eliminamos os valores acima
e os valores abaixo e calcula-se uma nova média e um novo desvio padrão, conforme
abaixo.
Tabela 5 - Acidez em mg/L das amostras analisadas.AMOSTRA ACIDEZ (mg/L)
Equipe B 11,2
Equipe C 6,1
Equipe D 6,6
Equipe E 6,08
x± s 7,49 ± 2,48
Fonte: Os Autores, 2013.
5.2 ALCALINIDADE
Tabela 6 – Volume gasto nas amostras analisadas.AMOSTRA f.f. (mL) VOLUME TOTAL DE H2SO4 (mL)
A 7 15,3
B 7,3 15,8
x± s 7,15 15,55 ± 0,25
Fonte: Os Autores, 2013.
O intervalo de confiança da média nos resultados obtidos da Tabela 6 está
compreendido entre 13,304 até 17,796.
a) Alcalinidade total, como carbonato de cálcio
p . p .mCaCO3=volume total de H 2S O4 0,02N x 10x f
f=[ ]dor ó tulo[ ]domé todo
sendo que , f=fator decorreçã o
f=0,02080,02
=1,04
p . p .mCaCO3=7,15mL x10 x1,04
p . p .mCaCO3=161,72
Com a variação existente de volume obteve-se uma média dos resultados para
realização dos cálculos, sendo assim foi encontrado 161,72 mgL-1 de carbonato de cálcio
(CO3−2 ¿ na amostra.
Tabela 7 – Alcalinidade em mg/L das amostras analisadas em cada equipe.AMOSTRA ALCALINIDADE TOTAL EM (mg/L)
Equipe A 163,3
Equipe B 161,7
Equipe C 138,4
Equipe D 156,1
Equipe E 182,0
x± s 160,3 ± 14,22
Fonte: Os Autores, 2013.
O intervalo de confiança da média nos resultados encontrados na Tabela 7 se
encontra entre 142,646 até 177,954.
O erro provável, encontrado através do Princípio de Chauvenet, encontra-se
fora da faixa compreendida entre 144,78 — 175,82, sendo assim, eliminamos os valores
acima e os valores abaixo e calcula-se uma nova média e um novo desvio padrão,
conforme segue.
Tabela 8 – Alcalinidade em mg/L das amostras analisadas.AMOSTRA ALCALINIDADE TOTAL EM (mg/L)
Equipe A 163,3
Equipe B 161,7
Equipe D 156,1
x± s 160,3 ± 3,78
Fonte: Os Autores, 2013.
b) Espécies iônicas e alcalinidades correspondentes
IV) Se f . f .<1 /2 t , teremosnaá gua HCO3−¿ eCO3
−2aalcalinidadeserá : ¿
p . p .m .CO3−2 (emtermos deCaCO3 )=2 f . f . x 10 x f
p . p .m .CO3−2 (emtermos deCaCO3 )=2x 7,15 x10 x1,04
p . p .m .CO3−2 (emtermos deCaCO3 )=148,72
p . p .m .HCO3−¿ (emtermos deCaCO3 )=(t−2 xf . f . ) x 10 x f ¿
p . p .m .HCO3−¿ (emtermos deCaCO3 )=(15,55−2x 7,15) x 10 x 1,04¿
p . p .m .HCO3−¿ (emtermos deCaCO3 )=13¿
As espécies iônicas e alcalinidades correspondentes é representada pelo
GRUPO IV, onde se encontram na amostra de água CO3−2 e HCO3, respectivamente em
termos de p.p.m 148,72 mgL-1 e 13 mgL-1.
Conforme Di Bernardo, L., Di Bernardo, A. e Centurione Filho, P.L. (2002),
em termos de tratamento e abastecimento público de água, a alcalinidade, o pH e o teor de
gás carbônico estão interrelacionados, - pH> 9,4: hidróxidos e carbonatos, pH entre 8,3 e
9,4: carbonatos e bicarbonatos, pH entre 4,4 e 8,3: apenas bicarbonato.
Como apresentado o pH da amostra de água clara deve estar em torno de 8,3 e
9,4 por apresentar carbonatos e bicarbonatos.
5.3 ALCALINIDADE POTENCIOMÉTRICA
Como a amostra a ser analisada era turva a técnica mais recomendada é a
potenciométrica e a alcalinidade total em termos de CaCO3 encontrada foi no valor de
911,04 mgL-1..
Alcalinidade total(mg. L−1 emtermos deCaCO3)=mLdeH 2SO4 0,02 N x10 x f
Alcalinidade total(mg. L−1 emtermos deCaCO3)=87,6 x 10x 1,04
Alcalinidade total(mg. L−1 emtermos deCaCO3)=911,04
Tabela 9 – Alcalinidade total em mg/L das amostras analisadas em cada equipe.AMOSTRA ALCALINIDADE TOTAL EM (mg/L)
Equipe A 784,16
Equipe B 911,04
Equipe C 721,96
Equipe D 767,9
Equipe E 720,72
x± s 781,16 ± 77,8
Fonte: Os Autores, 2013.
O intervalo de confiança da média nos resultados encontrados na Tabela 9 se
encontra entre 684,574 até 877,746.
O erro provável, encontrado através do Princípio de Chauvenet, encontra-se
fora da faixa compreendida entre 696,28 — 866,04, sendo assim, eliminamos os valores
acima e os valores abaixo e calcula-se uma nova média e um novo desvio padrão,
conforme abaixo.
Tabela 10 – Alcalinidade total em mg/L das amostras analisadas.AMOSTRA ALCALINIDADE TOTAL EM (mg/L)
Equipe A 784,16
Equipe C 721,96
Equipe D 767,9
Equipe E 720,72
x± s 748,685 ± 32,27
Fonte: Os Autores, 2013.
Conforme valores encontrados para alcalinidade total 911,04 mgL-1,
alcalinidade 161,72 mgL-1 e acidez 11,154 mgL-1, pode-se constatar que na água de
lavanderia foi a que obteve maior valor de CaCO3 o que comprova que ele é o maior
responsável pela basicidade da água.
6. CONCLUSÃO
De acordo com as pesquisas feitas, e as analises em laboratório podemos
concluir que acidez e alcalinidade são bastante importantes quando o assunto é água, se
estiverem com níveis muito acima, podem trazer malefícios para os humanos e também
para os seres aquáticos por isso para qualquer água ser diagnosticada como potável antes
ela precisa passar por essas análises.
REFERÊNCIAS
Di Bernardo, L., Di Bernardo, A. e Centurione Filho, P.L. Ensaios de Tratabilidade de Águas e dos Resíduos Gerados em Estações de Tratamento de Água. RiMa, São Carlos, 2002.
ROQUE PASSOS PIVELI. Curso: “qualidade das águas e poluição: aspectos físico-químicos” Aula 6: Características químicas das águas: ph, acidez, alcalinidade e dureza. Disponível em: http://www.leb.esalq.usp.br/disciplinas/Fernando/leb360/Fasciculo%206%20-%20Alcalinidade%20e%20Acidez.pdf> Acesso em: 10 março 2013.
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