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Análise Química Ambiental B

Profa. Sueli Noriko KariatsumariProfa. Sueli Noriko KariatsumariProfa. Sueli Noriko KariatsumariProfa. Sueli Noriko Kariatsumari

2222º. Semestre/2010º. Semestre/2010º. Semestre/2010º. Semestre/2010

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Preparação de soluções Introdução Quando misturamos duas ou mais substância, as mesmas podem formar misturas homogêneas ou heterogêneas. Do ponto de vista prático, não é difícil fazer esta classificação, basta verificar se a mistura forma uma única (homogênea) ou se apresenta mais que uma fase (heterogênea). No entanto, nem sempre é fácil determinar o número de fases de um sistema; ‘ fase’ é um nome que se dá a cada parte homogênea de um sistema heterogêneo. Por vezes, é preciso um estudo mais detalhado para averiguar o número de fases de um sistema. Sistemas homogêneos apresentam-se visualmente contínuos; suas propriedades assumem os mesmos valores quando medidas em diversas partes da amostra. As soluções são misturas homogêneas nas quais um ou mais componentes que é dissolvido fica com dimensões tão pequenas quanto as de ordem molecular ou iônico (até cerca de 2 nanômetros – 2.10-9 m) e distribuição praticamente igual em qualquer porção da mistura. Soluto e solvente Na mistura de substâncias para formar soluções, é comum nomear os componentes como solvente e soluto, embora não haja uma distinção muito rigorosa no emprego desses termos. Comumente, o solvente é a espécie que está em maior quantidade e no mesmo estado de agregação da solução; é o componente que tem a capacidade de solver (desagregar) os demais componentes. O soluto é o componente que se encontra dissolvido no solvente; é comum ter mais que um soluto dissolvido em um solvente. Por uma questão de convivência, mesmo estando em menor quantidade, um componente pode ser considerado como solvente; um exemplo típico é quando a substância água está formando a solução. existem algumas razões para isso; a água é a substância que mais consegue dissolver outras substâncias (sejam iônicas ou covalentes) e ocorre em grande abundância no planeta. Existem soluções sólidas (por exemplo, ligas metálicas), soluções líquidas (por exemplo, mistura água e sal dissolvido) e misturas gasosas (qualquer mistura de gases). Solubilidade Em muitos casos, existe uma quantidade máxima que uma espécie (soluto) consegue se dissolver em outra (solvente). O termo ‘solubilidade’ ou coeficiente de solubilidade diz respeito à capacidade máxima do solvente em dissolver um soluto, como a solubilidade depende da quantidade de solvente e da temperatura e pressão, é importante especificar as condições em que a dissolução foi feita. As soluções nas quais a quantidade de soluto não atinge o limite de solubilidade são ditas insaturadas e adições posteriores de soluto continuam se dissolvendo. Aquelas em que a quantidade de soluto é exatamente a quantidade limite são ditas saturadas me adições posteriores não são mais dissolvidas; o excesso não dissolvido se deposita no fundo do frasco. Neste caso, a solução continua sendo insaturada e este excesso é chamado de corpo de fundo.

Solução Insaturada (ou não saturada) - É quando a quantidade de soluto usado não atinge o limite de solubilidade, ou seja, a quantidade adicionada é inferior ao coeficiente de solubilidade.

Solução Saturada - É quando o solvente (ou dispersante) já dissolveu toda a quantidade possível de soluto (ou disperso), e toda a quantidade agora adicionada não será dissolvida e ficará no fundo do recipiente.

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Solução Sobressaturada (ou supersaturada) - Isto só acontece quando o solvente e soluto estão em uma temperatura em que seu coeficiente de solubilidade (solvente) é maior, e depois a solução é resfriada ou aquecida, de modo a reduzir o coeficiente de solubilidade. Quando isso é feito de modo cuidadoso, o soluto permanece dissolvido, mas a solução se torna extremamente instável. Qualquer vibração faz precipitar a quantidade de soluto em excesso dissolvida. Observação: Denomina-se dissolução endotérmica aquela em que quanto maior a temperatura, maior o coeficiente de solubilidade do solvente (temperatura e solubilidade são diretamente proporcionais). Também há a dissolução exotérmica, que é o inverso da endotérmica, quanto menor a temperatura, maior o coeficiente de solubilidade do solvente (temperatura e solubilidade são inversamente proporcionais). Concentração em mol por litro ( mol/L)

A concentração de uma mistura pode ser expressa pela quantidade relatva entre soluto e solvente. As quantidades podem ser dadas de várias maneiras (massa, volume, quantidade de matéria, porcentagem em massa etc.).

Molaridade, concentração molar ou concentração em mol/L é a razão da quantidade de matéria (mol) por volume de solução (em Litros), expressa na unidade mol/L.

M = n1 V

onde M é a molaridade, n é a quantidade de matéria (antigamente dita "número de mol") e V é o volume da solução. A unidade comum está dada em mol/L. Ou

M = m1 M . V Preparação de 100 mL de solução aquosa de sulfato de cobre (CuSO4)0,1 M (mol/L) Procedimento Sabendo que volume desejado ( 100 mL = 0, 1 L) e a concentração (0,1 mol/L), podemos determinar a massa de CuSO4 que serão pesadas. M CuSO4 = ( 1 x 63,5) + (1 x 32) + ( 4 x 16) = 159,5 g/mol M = m1 M . V m1= M . M . V

m1 = 159,5 . 0,1 . 0,1 m1 = 1,59 g

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Pesa-se 1,59 g de sulfato de cobre em recipiente adequado e transfere-se a massa para um balão volumétrico. A trsnferencia pode ser feita da seguinte maneira: dissolve-se soluto no próprio recipiente usado para pesar com um pouco de água e, depois, executa-se a transferencia para o balão voluetrico; com uma nova porção para o balão volumétrico. Em seguida, o volume do balão deve ser completado ( 100 mL – até o menisco) e, assim, temoms 100 mL de uma solução aquosa 0,1 mol/L de sulfato de cobre. Preparação de 100 mL de solução aquosa de ácido cloridrico (HC l) 0,1 M (mol/L)

Densidade 1,18 g/mL; 37% de pureza a)Cálculo da quantidade de mols de ácido clorídrico necessário para o preparo de 100 mL de uma solução a 0,1 mol/L: 0,1 mol de HCl ------------------ 1L de solução a 0,1 mol/L x = 0,1 x 0,10 = x mol de HCl ------------------ 0,10L de solução a 0,1 mol/L 1 x = 0,01 mol de HCl b) Cálculo da massa do soluto na solução: 1 mol ------- 36,5 g Y = 36,5 x 0,01 0,01 mol ------- Y 1 Y = 0,365 g de HCl Y = 0,365 g c) Cálculo de massa da solução: 0,365 g --------37% Z = 0,365 x 100 Z ---------------100% 37 Z = 0,986 g de solução d) Cálculo de volume a ser pipetado para preparar 100 mL: d = m V 1,18 g ---------- 1 mL X = 0,986 x 1 0,986g --------- X 1,18 X = 0,83 mL Então, para preparar 100 mL de HCl, serão necessárias 0,83 mL de HCl PA.

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Experimento no. 1 Determinação da Dureza de água

Objetivo: A presente Norma prescreve o método de determinação de dureza em amostras de águas naturais em geral, águas de abastecimento, águas de abastecimento industrial, efluentes domésticos e industriais e águas de mar, com as modificações apropriadas para cada caso. O presente método se aplica para a determinação de dureza em quaisquer concentrações. Entretanto, usam-se alíquotas apropriadas de amostra, de modo a não consumir mais que 20 mL de titulante.

Introdução teórica: A dureza corresponde ao teor de metais alcalinos e alcalinos terrosos presentes na água. Estes metais, sob a forma de sais dissolvidos podem interferir em alguns processos tecnológicos, pois aumentam o ponto de ebulição da água, 100º.C e também podem interferir no processo de limpeza de utensílios. Os sabões são produtos a base de sais de ácido graxos, que em solução aquosa se dissociam favorecendo a solubilidade das gorduras nas espumas formadas. A água dura, rica em sais de metais alcalinos e alcalinos terrosos, dificulta a dissolução dos sabões, dificultando a formação da espuma e os processos de limpeza. EDTA - Ácido Etileno Diamino Tetra Acético - Principais Aplicações EDTA é principalmente utilizado no tratamento de água, como aditivo em detergentes, indústrias fotográficas, de papéis, na limpeza de caldeiras e reagente em análises químicas, como ativador de polimerização para butil benzeno látex, como finalizador de polirreação na produção de fibras acrílicas, na fabricação de cremes para a pele e condicionadores de cabelos, em indústrias de papel para reduzir a incrustração nas caldeiras e promover o branqueamento do papel, através de ciclopolimerização com metil amida, forma-se etil amida que é um remédio contra psoríase, como estabilizante em alguns tipos de vacinas, melhora a ação dos corantes e o brilho nas indústrias têxteis. Fórmula molecular: C10H16N2O8

É um composto orgânico que age como ligante polidentado, formando complexos muito estáveis com diversos íons metálicos, e especialmente estáveis com Mn(II), Cu(II), Fe(III), e Co(III).[1]. Devido a isso, é usado como preservante do sangue, pois "inativa" os íons de cálcio, que promovem a coagulação sanguínea. Esta habilidade de complexar e assim "inativar" íons metálicos é também usada como antídoto para envenenamento por chumbo.

Também tem uso em detergentes e xampus, pois se combina com cálcio e magnésio, evitando que se precipitem com o produto, como acontece com sabão, quando usado com águas ricas em cálcio e magnésio.

Em solução aquosa o EDTA está presente sob a forma de 5 compostos químicos: H4Y, H3Y-, H2Y2-, HY3- e Y4-.

Considerando que a dureza é expressa em mg CaCO3/L, a reação de complexação com EDTA ocorre conforme a seguir:

CaCO3 + H2Y2- --------� CaY2- + H2CO3 O calcio é complexado com EDTA apenas na forma H2Y2-, pois isto é necessário o tamponamento do

meio para que esta espécie química de dissociação do EDTA seja a predominante. O ericromo preto T também complexa o calcio, mas a constante de estabilidade deste complexo é

menor que a do complexo Ca-EDTA, assim na presença do EDTA o calcio é sequestrado por este, deixando o ericromo preto T livre.

Dureza - padrão: máximo 500 mg/l de CaCO3.A dureza é uma característica das águas que está relacionada principalmente com os teores de cálcio e magnésio presentes. Águas com altos teores de sais desses dois elementos geralmente apresentam valores altos de dureza. Neste caso, dependendo do valor atingido, é possível identificar uma água "dura" (aquela que apresenta dureza alta) pela dificuldade de se obter espuma quando se utiliza sabão. Não existe, entretanto, nenhum risco sanitário em se ingerir uma água com alto teor de dureza, a não ser o sabor desagradável sentido por pessoas não

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acostumadas com esse tipo de água. O limite estabelecido pela legislação se deve mais a problemas econômicos, como o aumento exagerado do consumo de sabões em lavanderias, e principalmente ao problema da formação de incrustações em tubulações, que esse tipo de água provoca quando aquecida, como no caso de caldeiras. Outros problemas podem ocorrer em determinados processos industriais que utilizam água, como na indústria de bebidas, etc.

De acordo com a resolução RDC no 54 de 15 de junho de 2000 daAgência Nacional de Vigilância Sanitária , a água mineral é caracterizada pelo conteúdo definido e constante de sais minerais, pela presença de oligoelementos e outros constituintes. Esta resolução também estabelece os padrões de identidade e qualidade para a água mineral natural no Brasil.

Menor que 50 mg/1 CaC03 - água mole

Entre 50 e 150 mg/1 CaC03 - água com dureza moderada

Entre 150 e 300 mg/1 CaC03 - água dura

Maior que 300 mg/1 CaC03 - água muito dura

Procedimento:

1-Preparação do padrão de 1000 ppm CaCO3 Num becker de 500 mL de forma alta, colocar 1 g de CaCO3 puro e seco a 110º.C . Cobrir com vidro de

reogio e adiciocionar com cuidado 10 mL de HCl 6 N. Esperar que termine a efervescencia, lavar o vidro relógio com 20 mL de água destilada e retira-lo. Aquecer o becker em banho-maria ou banho de areia (sem calcinar).

Dissolver o resíduo com água destilada até o traço de referencia; homogenizar. Obtém-se assim agua dura padrão com o equivalente a 1000 mg/L de CaCO3.

2- Preparação do sal dissodico do ácido EDTA 0,01M. Pesa-se 3,7225 g do sal dissodico de EDTA (triplex III) e passa-se para um balaõ aferido de 1 L; ajusta-se o volume com água destilada. 3- Preparação da solução tampão pH = 8 a 10. Pesar 13,5 g de NH4Cl; passar para um balão aferido do 250 mL; adicionar 88 mL de NH4OH concentrado; completar o volume com água destilada. 4- Preparação do indicador negro de ericromo-T. Pesar 10 mg de negro de ericromo-T e misturar num almofariz com 990 mg de NaCl puro e seco. 5- Determinação do titulo da solução de sal dissódico do EDTA 0,01 M.

Medir com pipeta volumetrica 25 mL de solução-padrão de calcio. Passar para um erlenmeyer de 300 mL. Adicionar 25 mL de água destilada. Adicionar 0,5 mL de NH4OH concentrado para neutralizar o excesso de acidez e 2 mL de solução tampão. Acrescentar um ponta de espatula do indicador negro de eriocromo-T; a solução ficará vermelho vinho. Adicionar o sal dissodico de EDTA 0,01 M, de uma bureta, até a solução ficar de cor azul puro, sem traços de violeta. Anotar o volume de sal dissodico de EDTA gasto.

m = 25/V em mg/mL de CaCO3.

6- Determinação da dureza total da água.

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Medir com pipeta volumetrica 25 mL de água dura e passar para um erlenmeyer. Seguir exatamente o processo o item anteior. Seja V1 o volume gasto de sal dissodico de EDTA 0,01M. Dureza = V1 . 1000 ____________ (ppm de CaCO3) Volume da amostra

1) Cite as funções de: a) CaCO3 b) EDTA c) Ericromo T d) Solução tampão

2) Quais são os sais mais comuns que dão dureza à água? 3)O que é dureza de água? Qual é a quantidade de água e sais minerais que podem ser considerada dura? 4)Por que a água dura não pode ser usada em caldeiras? 5)Por que alumas indústrias adiconam sulfato de magnésio nos residuos de bases forte jogados em esgoto que sao despejados nos rios? 6)Por que a água próxima de regiões onde existem cavernas com estalactites e estagmites é muitas vezes considerada dura? 7)Quais substâncias sao utilizadas pelos fabricantes de xampus para amenizar os efeitos da água dura? 8)Demonstre os cálculos necessários no experimento. 9)Classifique o tipo de água analisada. 10)Como pode ser feito para diminuir ou eliminar a dureza de água?

Experimento no. 2

ABRANDAMENTO

INTRODUÇÃO TEÓRICA

O tratamento da água dura para a retirada de Ca2+ e Mg

2+ é conhecido por abrandamento e pode ser

realizado de duas maneiras: Precipitação química e troca iônica. Abrandamento por precipitação química. Metodologia: O processo se dá por adição de cal (CaO) e carbonato de sódio (Na

2CO

3).

A cal é utilizada para elevar o pH da água fornecendo a alcalinidade necessária, enquanto o carbonato de sódio pode fornecer a alcalinidade para a reação e também os íons carbonato necessários. Reações:

CaO + H2O � Ca(OH)

2

Ca(OH)2 + H

2CO

3 � CaCO

3 + 2H

2O

Ca(HCO3)

2 + Ca(OH)

2 � 2CaCO

3 + 2H

2O

Mg(HCO3)

2 + Ca(OH)

2 � CaCO

3 + MgCO

3 + 2H

2O

MgCO3 + Ca(OH)

2 � Mg(OH)

2 + CaCO

3

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MgSO4 + Ca(OH)

2 � Mg(OH)

2 + CaSO

4

CaSO4 + Na

2CO

3 � CaCO

3 + Na

2SO

4

Vantagens: _ Geralmente aplicado para águas com dureza elevada; _ Possibilita remover da água contaminantes tais como metais pesados e outros _ Tecnologia bem estabelecida. Desvantagens: _ Utilização de produtos químicos; _ Produção de lodo; _ Necessidade de ajustes finais, pois a água abrandada ainda possui dureza-cálcio em torno de 30 ppm de CaCO

3 .

Abrandamento por Troca catiônica: Metodologia:

Consiste em fazer a água atravessar uma resina catiônica que captura os íons Ca2+ e Mg

2+,substituindo-

os por íons que formarão compostos solúveis e não prejudiciais ao homem, tais como o Na+. As reações seguem abaixo.

R(-SO3Na)

2 + Ca

2+

� R (-SO3)

2Ca + 2Na

+

R(-SO3Na)

2 + Mg

2+

� R (-SO3)

2Mg + 2Na

+

As resinas possuem limites para a troca iônica, ficando saturadas de Ca2+ e Mg2+ . Estas aturação recebe o nome de ciclo. Após, completado o ciclo, deve ser feita a regeneração da resina, que acontece com a adição de solução de Cloreto de Sódio (NaCl). As reações seguem abaixo.

R(-SO3)

2Ca + 2Na

+

� R(-SO3Na)

2 + Ca

2+

R(-SO3)

2Mg + 2Na

+

� R(-SO3Na)

2 + Mg

2+

Vantagens: Alta eficiência para remoção dos íons responsáveis pela dureza. Para remoção de Ca2+ a dureza resultante atinge valores menores que 1mg/L de CaCO

3;

_ As resinas podem ser regeneradas; _ Não há formação de lodo no processo. Desvantagens: _ Requer um pré-tratamento da água; _ Ocorre saturação da resina, exigindo a sua regeneração; _ Requer o tratamento do efluente da regeneração. A escolha entre os processos depende das características da água a ser tratada, das necessidades e da disponibilidade de recursos de cada empresa. Vale ressaltar que a Kurita detém a tecnologia e comercializa resinas catiônicas para o abrandamento de água. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Processo com carbonato de sódio a frio. Coloca-se a massa de carbonato de sódio calculado no béquer com 200 mL de solução problema. Mistura-se e filtra-se. Descarta-se o resíduo.

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Com a pipeta volumétrica, pegar 25 mL da solução filtrada e colocá-la no erlenmeyer. Coloca-se 1 mL de solução de NH

4 OH, 5 mL de solução tampão e uma pitada do indicador negro de

eriocromo-T. Agita-se e titula-se com solução de EDTA 0,01 mol/L. Processo com carbonato de sódio a quente Coloca-se a massa de carbonato de sódio calculada no béquer com 200 mL de solução problema. Mistura e ferve-se. Filtra-se descartando o resíduo. Com uma pipeta pegar 25 mL da solução filtrada e coloca-la no erlenmeyer. Coloca-se 1 mL de solução de hidróxido de amônio, 5 mL da solução tampão e 1 pitada do indicador negro de eriocromo-T. Agita-se e titula-se com solução de EDTA 0,01M. Efetuar o abrandamento pelo processo carbonato de sódio a quente e a frio e comparar os dois resultados. QUESTÕES 1) Qual o processo mais eficiente? Por que? 2) Escreva as equações químicas das reações ocorridas no abrandamento. 3) Indique os cálculos efetuados para a determinação da dureza da amostra de água e para os

processos de abrandamento. 4) Cite e comente sobre 2 outros processos de abrandamento. 5) O que é complexometria? 6) Explique por que, se a água dura apresentar cálcio e magnésio juntos, além do carbonato de

cálcio, também se adiciona cal ao processo de abrandamento. 7) Que tipos de resinas são usadas no processo de abrandamento? 8) O que é eluição? E sorção? 9) Qual a vantagem do processo de abrandamento fosfato à ebulição? 10) A dureza pode ser totalmente eliminada? Explique.

Experimento no. 3

DETERMINAÇÃO DA ALCALINIDADE

Objetivo: Descrever o método de determinação de alcalinidade em amostras de águas de abastecimento público, águas naturais, águas de abastecimento industrial, efluentes domésticos e industriais e águas de mal.

O presente método se aplica para a determinação de alcalinidade em concentrações a partir de 0,5 mg/L em CaCO3.

Serão adotadas as seguintes definições: - Alcalinidade a fenolftaleína

É a medida do teor de hidróxidos e de carbonatos alcalinos cáusticos da amostra, expressa em termos de CaCO3.

- Alcalinidade ao metil-orange ou alcalinidade total É a medida do teor de hidróxidos, carbonatos e bicarbonatos da amostra, expressa em termos de CaCO3. Introdução teórica: A alcalinidade é uma medida da capacidade que as águas tem de neutralizar ácidos. Esta capacidade ‚ é devida

a presença de bases fortes, de bases fracas, de sais de ácidos fracos, tais como bicarbonatos, boratos, silicatos e fosfatos, de sais de ácidos orgânicos, tais como o ácido húmico e, no caso de águas poluídas, os ácidos acético,

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propiônico e sulfúrico. Em águas superficiais a alcalinidade pode ser devida presença de grande quantidade de algas; elas removem dióxido de carbono da água, elevando o pH da mesma para 9-10.

Águas de caldeira e águas tratadas quimicamente sempre apresentam alcalinidade devida a hidróxidos e carbonatos. Embora sejam várias as substâncias que conferem alcalinidade à água, as predominantes são os hidróxidos, os carbonatos e os bicarbonatos.

O conhecimento da alcalinidade é importante no controle dos processos de coagulação química de águas, esgotos e águas residuárias, no amolecimento de águas e no controle da corrosão. Ainda, alcalinidade elevada altera o sabor da água.

Os métodos mais comumente empregados na determinação de alcalinidade são o titulométrico e o potenciométrico até pH pré-fixado, sendo que também pode ser estabelecido o pH final da titulação potenciométrica através de curva de titulação potenciométrica.

É a medida total das substâncias presente numa água, capaz de neutralizar ácidos. Numa água com certa alcalinidade a adição de uma pequena quantidade de ácido fraco não provocará a

elevação de seu pH, porque os íons presentes irão neutralizar o ácido. Em águas subterrâneas a alcalinidade é devida principalmente aos carbonatos e bicarbonatos e,

secundariamente, aos íons hidróxidos, silicatos, boratos, fosfatos e amônia.

A alcalinidade da água é representada pela presença dos íons hidróxido, carbonato e bicarbonato. H2O --� H+ + OH- (dissolução da água) H2O + CO2 ----� H2CO3 ( dissolução de dióxido de carbono em água) H2CO3 ---� HCO3- + H+ (dissolução do ácido carbônico) HCO3- ----� CO32- + H+ H2CO3-------�CO32- + 2H+ A importância do conhecimento das concentrações deste íon permite a definição de dosagens de agentes

floculantes, fornece informações sobre as características corrosivas ou incrustantes da água analisada. Todos os íon causadores da alcalinidade tem características básica, sendo assim reagente quimicamente

com soluções ácidas, ocorrendo a reação de neutralização. Para determinação final da reação de neutralização iremos utilizar um indicador, na análise de alcalinidade utilizaremos dois indicadores, com pontos de viragem em função das diversas formas de alcalinidade. pH > 9,4 ? hidróxidos e carbonatos 8,3 < pH < 9,4 ? carbonatos e bicarbonatos 4,4 < pH < 8,4 ? apenas bicarbonatos Não é possível a coexistência das três formas de alcalinidade numa mesma amostra, em função da reação química do íon bicarbonato com o íon hidróxido, o íon bicarbonato age como se fosse um acido fraco na presença de uma base forte: HCO3- + OH- ----------------------� H2O + CO32-

Para quantificação dos íons OH- e CO32-, o indicador mais utilizado é a fenolftaleína, sua faixa pH de atuação é de 8,3 a 9,8, em pH menor que 8,3 não apresenta coloração (incolor) enquanto acima de 8,3 assume a cor rosa.

Na quantificação dos íons HCO3-, podem ser utilizados os seguintes indicadores:

- Metilorange, cuja faixa de pH de atuação varia de 3,1 a 4,6, acima de 3,1 apresenta coloração vermelha e abaixo de 3,1 assume a cor laranja. - Vermelho de metila: faixa de pH de atuação varia de 4,4 a 6,2, acima de 4,4 apresenta coloração amarela e abaixo de 4,4 assume a cor vermelha. - Indicador misto: constituído de vermelho de metila e de verde de bromocresol, solubilizados em álcool etílico ou isopropílico, que passa da cor azul para a cor salmão.

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A presença de cloro residual influencia na coloração dos indicadores, torna-se necessário a utilização de

uma solução de uma solução de tiossulfato de sódio, para inativação do residual de cloro. Os indicadores quando adicionamos à amostra apresentam colorações que indicam a presença ou não de

um ou mais tipos de alcalinidade. Ao adicionarmos fenolftaleína à amostra, surgindo uma coloração rosa, significa a possibilidade da

presença de hidróxido, ou de carbonato, ou hidróxido/carbonato simultaneamente na amostra de água. A alcalinidade à fenolftaleína será quantificada utilizando um ácido de concentração conhecida, que adicionado quantativamente à amostra neutralizara a alcalinidade presente, mudando a cor de rosa para incolor.

Se após a adição de fenolftaleína a amostra se mantiver incolor, afirmamos que a alcalinidade à fenolftaleína é igual a zero.

Após o teste de alcalinidade a fenolftaleína, iremos testar a presença de alcalinidade ao metilorange (ou vermelho de metila). Quando se utiliza o metilorange, caso a amostra tome a coloração laranja ou avermelhada a alcalinidade ao metilorange é zero. Se a amostra apresenta coloração amarela, iremos avaliar a alcalinidade ao metilorange com o mesmo ácido utilizado na quantificação da alcalinidade à fenolftaleína.

Ao se iniciar a adição de solução ácida, irá ocorrer primeiro a reação com o íon mais básico e a seguir com os mais fracos. Sendo a ordem de basicidade: hidróxido, carbonato e bicarbonato; teremos: H2SO4 + 2 OH- --------� 2 H2O + SO42- H2SO4 + 2CO32- --------� 2 HCO3- + SO42- H2SO4 + 2 HCO3- --------� 2 H2O + SO42- + 2 CO2

Ressalta-se que a neutralização do carbonato não é completa passando primeiro a bicarbonato, sendo

necessário levar em conta este aspecto nos cálculos estequiométricos. Co ralação ao comportamento do carbonato podemos afirmar que metade da sua concentração será

titulada com a fenolftaleína e a outra metade da sua concentração será titulada com o metilorange. Material utilizado: Erlenmeyer, bureta, pipeta, balões volumétricos, béquer, balança analítica, ácido sulfúrico H2SO4 0,02N, fenolftaleína, metilorange, carbonato de sódio, e amostras de água em estudo.

• Faça o fator de correção do H2SO4.

Procedimento: Em um erlenmeyer adicionar 50 mL de amostra, 3 gotas do indicador de fenolftaleína. Aparecendo coloração que caracterize o meio alcalino, titular com solução de H2SO4 0,02 N. em seguida, adicionar 3 gotas do indicador de alaranjado de metila. Titular com a solução de H2SO4 0,02N até completa neutralização. Determinar o teor de alcalinidade da amostra em hidróxido, carbonatos e bicarbonatos expressando em mgCaCO3/L utilizando a tabela a seguir. (P) = volume de H2SO4 0,02 N consumido na presença do indicador de fenolftaleína. (M) = volume de H2SO4 0,02 N consumido na presença do indicador de alaranjado de metila. (T) = P + M Resultado titulação ALCALINIDADE hidróxido carbonato bicarbonato P = 0 0 0 T P < ½ T 0 2P T- 2P P = ½ T 0 2P 0 P> ½ t 2P – T 2(T – P) 0 P = T T 0 0

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Observações – considerando que o resultado deve ser expresso em mg CaCO3/L, para efeito de cálculo a reação que está ocorrendo é:

H2SO4 + CaCO3 ---� CaSO4 + H2CO3 Na reação de neutralização ocorre mudança de pH, no caso acima, a água esta com pH alcalino, sendo titulada com solução ácida, o pH rediuz até o pobto de equilibrio verificado pela mudança de cor do indicador nesta faixa de pH. Indicador de neutralização ou indicador ácid-bas corresponde a substância que muda de cor de acordo com a concentração de ions hidrogenio na solução, ou seja, de acordo com o pH do meio. Esta mudança não é repentina, ocorre dentro de um pequeno intervalo de pH, que corresponde à faixa de viragem do indicador. Esta faixa de viragem é específica para cada indicador. Indicador Faixa de pH de viragem Cor em emio ácido Cor em meio alcalino fenolftaleína 8,3 – 10,0 incolor Roseo Alaranjado de metila 2,9 – 4,6 vermelho Laranja Como o pH da água corresponde a uma msitura de hidroxidos, carbonatos e bicarbonatos, o uso de dois indicadores em faixa de pH distinto caracteriza os meios de bases mais fortes (hidroxidos) e mais fracas (carboantos e bicarbonatos). A curva de titualção corresponde a esta analise está representa a seguir. Observam-se 2 pontos de viragem, um identificando na presença da fenoltaleína e outro na presença de alaranjado de metila.

Questões 1)O que causa a alcalinidade? 2) Há relação da dureza com alcalinidade? Qual? 3)Quais são os métodos aplicados para determinação da alcalinidade? 4)Pode-se encontrar os três tipo de de íons de alcalinidade nas águas brasileiras? Justifique. 5)Demonstre todos os cálculos efetuados antes e durante o experimento.

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Anexo de Legislação de águas minerais

MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA - MME DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL – DNPM

DIRETORIA DE FISCALIZAÇÃO - DIFIS

GRUPO DE TRABALHO – GTCAM – CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS MINERAIS NATURAIS BRASILEIRAS

(Instituído pela Portaria Nº 337 de 19.07.2002,com seu prazo prorrogado pela Portaria nº 750, de 13.12.2002)

MINUTA DE TEXTO TÉCNICO BÁSICO PARA ELABORAÇÃO DE PROJETO DE LEI PARA ALTERAR O DECRETO-LEI Nº 7.841 - DE 8 DE AGOSTO DE 1945 – CÓDIGO DE ÁGUAS MINERAIS

DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL DNPM

CÓDIGO DE ÁGUAS MINERAIS NATURAIS

CAPÍTULO I DISPOSIÇÕES PRELIMINARES

Art. 1º - ÁGUAS MINERAIS NATURAIS: São as águas comprovadamente de origem subterrânea, obtidas diretamente de fontes naturais ou artificialmente captadas, caracterizadas pelo conteúdo definido e constante de sais minerais (composição iônica), pela temperatura, pelos gases dissolvidos e pela presença de oligoelementos e outros constituintes, e que atendam aos padrões de potabilidade para consumo humano quanto aos parâmetros microbiológicos, químicos, e físico-químicos, sem serem submetidas a tratamentos.

§ 1º - A ação das águas minerais naturais como auxiliar terapêutico deverá ser comprovada no local, mediante observações repetidas, estatísticas completas, documentos de ordem clínica e dados epidemiológicos comprovados por médicos que acompanharam os casos clínicos.

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§ 2º - Para analisar a comprovação da ação terapêutica das águas minerais naturais relacionada no parágrafo anterior, o DNPM constituirá Comissão de Crenologia,cujas atribuições serão fixadas por Portaria do Diretor-Geral do DNPM.

Art. 2° - O aproveitamento comercial das fontes de águas minerais naturais quer situadas em terrenos de domínio público, quer de domínio particular, far-se-á pelos regimes jurídicos de autorização de pesquisa e concessão de lavra instituídos pelo Código de Mineração, observadas as disposições especiais da presente lei.

CAPÍTULO II DA AUTORIZAÇÃO DE PESQUISA

Art. 3° - A pesquisa de água mineral natural,destinada ao envase ou para fins balneários, é regulada pelo disposto no Código de Mineração, ressalvadas as disposições especiais desta Lei. Art. 4° - Por pesquisa de uma fonte de água mineral natural, destinada ao envase ou para fins balneários, entende-se todos os trabalhos necessários ao conhecimento do valor econômico da fonte e de seu valor terapêutico, quando existente, abrangendo, no mínimo:

I - O estudo geológico da emergência, compreendendo uma área cuja extensão seja suficiente para esclarecer as relações existentes entre as fontes e os acidentes geológicos locais, permitindo definir a área de proteção, compreendendo as zonas de influência, transporte e de contribuição e formar-se juízo sobre as condições de emergência no sentido de ser fixado criteriosamente o plano racional de captação.

II - O estudo analítico das águas e dos seus gases espontâneos, quando existentes, do ponto de vista de suas características químicas, físico-químicas e microbiológicas.

§ 1º - O estudo das águas constará no mínimo dos seguintes dados:

I - Condutividade elétrica, concentração iônica de hidrogênio, teor em radônio e torônio da água e dos seus gases espontâneos; temperatura e vazão.

II - Análise química completa da água e dos gases dissolvidos, assim como a sua caracterização de acordo com as normas adotadas na presente Lei.

III - Análise microbiológica, para determinação de indicadores de contaminação pertencentes ao grupo coliformes totais e Escherichia coli, executadas pelo método recomendado oficialmente pela legislação vigente.

IV - Análise dos parâmetros químicos, físico-químicos, e de risco à saúde pública.

§ 2º - As metodologias analíticas para determinação dos parâmetros químicos, físicos, físico-químicos e microbiológicos devem atender às especificações descritas na edição atualizada da publicação do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, de autoria das instituições American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA), e Water Environment Federation (WEF), ou às normas publicadas pela Organização Mundial da Saúde (OMS).

Art. 5° - As análises químicas e determinações dos demais dados a que se refere o artigo precedente serão repetidas em análises completas no mínimo, duas vezes ao ano, ou tantas vezes quantas o DNPM julgar conveniente, até ficar comprovado possuir a água da fonte uma composição química regularmente definida, antes de se poder considerar satisfatoriamente terminada a pesquisa autorizada.

CAPÍTULO III

DA CLASSIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA, FÍSICA E FÍSICO-QUÍMICA DAS ÁGUAS MINERAIS NATURAIS

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Art. 6° - As águas minerais naturais, destinadas ao envase ou para fins balneários, serão caracterizadas quanto ao seu resíduo mineral, íons predominantes, radioatividade e temperatura.

I - Classificação pelo Resíduo Mineral

I.1 - Água com Alto Conteúdo em Sais Minerais – quando o teor em sais minerais calculado como resíduo fixo a 180 graus Celsius é superior a 250 mg/litro;

I.2 - Água com Médio Conteúdo em Sais Minerais – quando o teor em sais minerais calculado como resíduo fixo a 180 graus Celsius é compreendido entre 100 e 250mg/litro;

I.3 - Água com Baixo Conteúdo em Sais Minerais ou Oligominerais – quando o teor em sais minerais calculado como resíduo fixo a 180 graus Celsius é inferior a 100mg/litro;

II - Caracterização Química

Bicarbonatada: A que contiver resíduo fixo a 180 graus Celsius superior a 150 mg/litro, tendo o ânion bicarbonato como predominante, combinado com os cátions Na, K, Ca e Mg. Será considerado como predominante, entre os sais,aquele que se apresentar combinado com o bicarbonato, comquantidade superior a 100 mg/litro.

Alcalino - bicarbonatada: A que contiver resíduo fixo a 180 graus Celsius superior a 150 mg/litro, tendo os âníons bicarbonato e carbonato como predominantes,combinados com os cátions Na, K, Ca e Mg. Será considerado como predominante, entre os sais,aquele que se apresentar combinado com o bicarbonato, com quantidade superior a 100 mg/litro.

Alcalino – carbonatada: A que contiver resíduo fixo a 180 graus Celsius superior a 100 mg/litro, tendo o ânion carbonato como predominante combinado com os cátions Na, K, Ca e Mg. Será considerado como predominante, entre os sais,aquele que se apresentar combinado com o carbonato, com quantidade superior a 50 mg/litro. Sulfatada: A que contiver no mínimo 100 mg/litro do ânion sulfato (em SO42-). Cloretada:A que contiver no mínimo 100 mg/litro do ânion cloreto (em Cl-).

Carbogasosa: A que contiver um teor mínimo de 200 mg/litro de gás carbônico livre dissolvido.

Fluoretada– A que contiver teor de fluoreto maior que 0,1 mg/litro;

Sulfurosa– A que apresentar na emergência desprendimento de gás sulfídrico definido acima de 0,02 mg/litro.

Outras menções – As que contiverem teores de outros elementos, compatíveis em termos de sua concentração, não prejudiciais à saúde e que justifiquem tecnicamente seu destaque expresso em valores no rótulo.

III - Caracterização Físico-química

Radioativa na fonte: A que apresentar radioatividade temporária devido ao Radônio (Rn 222), maior que 70 bequeréis por litro.

IV - Caracterização Física

Temperatura na fonte

Fonte Fria – com temperatura menor que 25 graus Celsius;

�Fonte Hipotermal – com temperatura entre 25 graus Celsius e menor que 33 graus Celsius;

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�Fonte Mesotermal – com temperatura entre 33 graus Celsius e menor que 36 graus Celsius;

�Fonte Isotermal – com temperatura entre 36 graus Celsius e menor que 38 graus Celsius;

�Fonte Hipertermal – com temperatura igual ou maior que 38 graus Celsius;

CAPÍTULO IV DA AUTORIZAÇÃO DE LAVRA

Art. 7° - A lavra de uma fonte de água mineral natural, destinada ao envase ou para fins balneários será regulada pelo disposto no Código de Mineração, ressalvadas as disposições especiais da presente Lei.

Art. 8° - Por lavra de uma fonte de água mineral natural, destinada ao envase ou para fins balneários, entendem-se todos os trabalhos e atividades de captação, condução, distribuição e aproveitamento das águas.

Art. 9° - A lavra de uma fonte de água mineral natural, destinada ao envase ou para fins balneários, será solicitada ao Ministro de Minas e Energia em requerimento, em duas vias, entregue no Protocolo do DNPM, além dos dispositivos do Código de Mineração, constando:

I - laudo de análise química, físico-química e microbiológica da água, emitido por laboratório autorizado pelo DNPM e comprovação da aprovação do relatório final de pesquisa.

II - Planta indicando a situação exata das fontes e o esboço geológico dos arredores, com os necessários cortes geológicos, delimitando a área de proteção com suas respectivas zonas e esclarecendo as condições de emergência das fontes.

III - Plantas e desenhos complementares, com memorial descritivo e processos adotados para a captação e proteção das fontes, condução e distribuição das águas além de dados sobre vazão e temperatura das fontes.

IV - Plantas e desenhos complementares relativas ao projeto de instalação para utilização das águas em todas as suas modalidades incluindo reservatórios e equipamentos.

Art. 10° - A área de proteção das fontes de água mineral natural deverá ser definida na Portaria de Concessão de Lavra, sujeita a modificações se novas circunstâncias o exigirem.

Parágrafo Único: O monitoramento das condições hidrogeológicas e hidrodinâmicas do aqüífero na área de proteção, em termos da qualidade e quantidade da água mineral natural das fontes e dos piezômetros é de responsabilidade do titular da Portaria de Lavra, devendo disponibilizar a memória técnica dos dados, ao DNPM.

Art. 11° - Nenhuma sondagem ou qualquer outro trabalho subterrâneo poderá ser praticado na área de proteção de uma fonte, sem autorização prévia do DNPM.

§ 1º - No caso de fossas, cisternas, galerias para extração de material e outros fins, fundações de casas e outros trabalhos a céu aberto, a Portaria de Concessão de Lavra que fixar a área de proteção imporá aos proprietários a obrigação de obterem com uma antecedência de 90 (noventa) dias, uma autorização do DNPM para tal fim.

§ 2° - Os trabalhos empreendidos na área de proteção de uma fonte poderão ser interditados pelo DNPM, mediante solicitação do concessionário quando forem julgadas procedentes as alegações.

Art. 12° - O DNPM, a pedido do concessionário, e após exame pericial realizado por técnicos que designar, poderá determinar a suspensão de sondagem ou trabalhos subterrâneos executados fora da área de proteção, desde que sejam julgados suscetíveis de prejudicar uma fonte de água mineral natural.

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Art. 13° - A realização de qualquer trabalho na área de concessão de lavra ou alteração no Plano de Aproveitamento Econômico, deverão ser submetidos a prévia aprovação do DNPM.

CAPÍTULO V

DOS EMPREENDIMENTOS QUE EXPLORAM ÁGUAS MINERAIS NATURAIS ENVASADAS, DESTINADAS A FINS BALNEÁRIOS E OUTRAS ATIVIDADES AFINS

Art. 14° - O funcionamento do empreendimento deverá dispor de:

I - Instalações higiênicas adequadas, com manutenção, segundo as boas práticas de fabricação;

II - Laboratório para realização de exames periódicos, para verificação das características microbiológicas e físico-químicas de rotina;

III – Memória técnica com o registro dos dados meteorológicos destinados à observação das condições climáticas locais;

IV - Controle sanitário atualizado dos funcionários;

Parágrafo Único: As estâncias hidrominerais deverão contar com instalações crenoterápicas, de acordo com a natureza das águas e com médico especialista para atendimento e orientação no tratamento crenoterápico;

CAPÍTULO VI

DA FISCALIZAÇÃO DO APROVEITAMENTO DAS ÁGUAS MINERAIS NATURAIS ENVASADAS OU DESTINADAS A FINS BALNEÁRIOS

Art. 15° - A fiscalização do aproveitamento, em todos os seus aspectos, de águas minerais naturais, envasadas ou destinadas a fins balneários, será exercida pelo DNPM.

Art. 16° - Em cada fonte em aproveitamento industrial regular, será exigida a realização de análises periódicas, parciais ou completas, e, no mínimo, uma análise completa de 3 em 3 anos, para verificação da constância de suas características químicas, físicas e físico-químicas .

Parágrafo Único - Em relação às qualidades higiênicas das fontes serão exigidos, no mínimo, exames microbiológicos mensais, podendo, entretanto, os órgãos fiscalizadores exigirem as análises que julgarem necessárias, para garantir a potabilidade da água da fonte e da água destinada ao envase ou para fins balneários

Art. 17° - As autoridades sanitárias e administrativas federais, estaduais e municipais, deverão auxiliar e assistir o DNPM em tudo que for necessário ao fiel cumprimento desta lei.

Parágrafo Único - O DNPM comunicará às autoridades estaduais e municipais, qualquer decisão que for tomada relativamente à pesquisa e ao funcionamento de uma fonte situada em sua jurisdição.

CAPÍTULO VII

DA INDUSTRIALIZAÇÃO E DO COMÉRCIO DAS ÁGUAS MINERAIS NATURAIS, ENVASADAS OU DESTINADAS A FINS BALNEÁRIOS

Art. 18° - Só será permitida a industrialização e o comércio de águas minerais naturais, destinadas ao envase ou para fins balneários, quando previamente analisada pelo DNPM, e após expedição da competente Portaria de Lavra.

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Art.19° - As águas minerais naturais envasadas devem ser processadas, manipuladas, acondicionadas, armazenadas e transportadas segundo as boas praticas de fabricação recomendadas por Portaria do DNPM, e as embalagens a serem utilizadas deverão ser fabricadas com matéria prima virgem e materiais aprovados pelos órgãos competentes, e, deverão atender aos requisitos descritos nas normas técnicas aplicáveis publicadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, e outras legislações vigentes.

Art. 20° - O rótulo para as águas minerais envasadas deve atender ao padrão estabelecido em Portaria do Diretor-Geral do DNPM.

CAPÍTULO VIII SANÇÕES E PENALIDADES

Art. 21° - Constituirá motivo para interdição,apreensão do estoque, autuação e multa, além de qualquer infração aos dispositivos da presente lei:

I - expor à venda, ao consumo ou à utilização, água cuja exploração não tenha sido legalmente autorizada por Portaria de lavra;

II - utilizar rótulo com dizeres diversos do aprovado pelo DNPM;

III - expor à venda água originária de outra fonte;

IV - expor à venda ou utilizar água em condições impróprias para consumo humano, ou para fins balneários;

V -aproveitar inadequadamente uma fonte de água mineral natural de modo a comprometê-la, ou em desacordo com as condições técnicas e higiênicas estabelecidas na presente lei;

VI - empregar no comércio ou na publicidade da água, de qualquer designação suscetível de causar confusão ao consumidor, quanto à fonte ou procedência, da água.

VII- aproveitar comercialmente, para quaisquer fins, as fontes sujeitas à influência de águas superficiais e por conseguinte suscetíveis de poluição.

§ 1º - Para efeito da interdição, apreensão, autuação e multa, de que trata o presente artigo, o órgão competente do DNPM poderá, a seu critério, tomar as seguintes medidas, além de outras previstas na presente lei:

I - apreensão e inutilização do estoque da água envasada, ficando o autor da infração responsável pelo recolhimento e entrega do lote aprendido no mercado,ao DNPM;

II – promover a apreensão de talonários fiscais em poder do interessado, bem como sua inabilitação para adquirir novos talonários fiscais junto ao órgão competente enquanto durar a interdição;

§ 2º - A autuação e multa será de acordo com o Capitulo das Sanções e Penalidades do Código de Mineração, sendo o infrator intimado a recolher aos cofres públicos a importância respectiva, que será elevada ao dobro no caso de reincidência, sem prejuízo do cumprimento das demais exigências deste artigo.

Art. 22° - As águas minerais naturais de procedência estrangeira só poderão ser expostas ao consumo, após cumprimento, no que lhes for aplicável e estiver expresso em Portaria do DNPM.

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CAPÍTULO IX

DISPOSIÇÕES GERAIS E TRANSITÓRIAS

Art. 23°- Todas as empresas que exercem o aproveitamento de água mineral natural destinada ao envase, ou para fins balneários, deverão realizar novo estudo ¨in loco¨ e análises laboratoriais de suas fontes, que deverão estar concluídos no prazo de 3 anos.

Parágrafo Único - Estes estudos serão realizados com a finalidade de promover a caracterização de todas as águas minerais naturais em áreas de Portarias de Lavra, segundo os dispositivos da presente Lei, por laboratório autorizado pelo DNPM, de acordo com as normas estabelecidas por Portaria.

Art. 24° - O DNPM deverá proceder, de acordo com os dispositivos desta Lei, à caracterização de todas as fontes em exploração, no prazo máximo de 3 anos, prorrogável a juízo do Diretor-Geral do DNPM.

Parágrafo Único - Serão respeitados os direitos de lavra das concessões concedidas e em exploração industrial regular, e revistas aquelas que estiverem paralisadas na data de publicação desta lei.

Art. 25°- Ao DNPM competirá:

I – Autorizar laboratórios e institutos necessários ao estudo das águas minerais naturais sob seu aspecto químico, físico-químico, microbiológico e terapêutico;

II - Promover articulação com os órgãos técnicos e administrativos competentes, no sentido de estabelecer íntima colaboração com os Estados e Municípios, na organização e implementação do Setor de Águas Minerais Naturais;

Art. 26° - No interesse manifestado pelos concessionários, ou desde que seja julgada de interesse público, o DNPM poderá prestar orientação técnica relativa aos trabalhos previstos nos Capítulos II e III desta Lei, mediante ressarcimento das despesas.

Art. 27° - Esta Lei consolida todos os dispositivos legais sobre águas minerais naturais para consumo e destinadas a fins balneários.

Art. 28° - Esta Lei entra em vigor na data da sua publicação.

Art. 29°- Ficam revogadas as disposições em contrário. LUIZ INÁCIO LULA DA SILVA Presidente da República Federativa do Brasil DILMA VANA ROUSSEFF Ministra de Minas e Energia http://www.aguamineral.org.br/portaria.htm

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Experimento No. 4

DETERMINAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA (D.Q.O)

Objetivos:

Determinar a demanda química de oxigênio, devida principalmente ao teor de matéria orgânica existentes na água, informativo ao seu grau de poluição.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Água poluída – é a água que apresenta alterações físicas, como: cheiro, turbidez, cor ou sabor. Normalmente, a alteração física é conseqüência da contaminação química, geralmente devido à presença de substâncias, como: elementos estranhos ou tóxicos.

Água contaminada – é a água que contém agentes patogênicos vivos, sejam bactérias, vermes, protozoários ou vírus. Essa água não é potável, logo não deve ser utilizada.

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A Demanda Química de Oxigênio, identificada pela sigla DQO, é um parâmetro indispensável nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais, ela avalia a quantidade de oxigênio dissolvido (OD) consumido em meio ácido que leva à degradação de matéria orgânica.

A análise dos valores de DQO em efluentes e em águas de superfície é uma das mais expressivas para determinação do grau de poluição da água, esta análise reflete a quantidade total de componentes oxidáveis, seja carbono ou hidrogênio de hidrocarbonetos, nitrogênio (de proteínas, por exemplo) ou enxofre e fósforo de detergentes.

A DQO pode ser considerada como um processo de oxidação química, onde se emprega o permanganato de potássio (KMnO

4). Neste processo, o carbono orgânico de um carboidrato, por

exemplo, é convertido em gás carbônico e água. Sabe-se que o poder de oxidação do permanganato de potássio é maior do que o que resulta

mediante a ação de microrganismos. A resistência de substâncias aos ataques biológicos levou à necessidade de fazer uso de produtos químicos, sendo a matéria orgânica neste caso oxidada mediante um oxidante químico. É justamente aí que a DQO se diferencia da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), onde é medida a quantidade de oxigênio necessária para ocorrer a oxidação da matéria orgânica biodegradável, ou seja, na DBO não é necessário fazer uso de produtos químicos.

A DQO é muito útil quando utilizada juntamente com a DBO para observar a biodegradabilidade de despejos. O método químico é mais rápido que o da DBO, tem duração de 2 a 3 horas enquanto que o outro equivale ao tempo de cinco dias.

DBO é a abreviatura de Demanda Bioquímica de Oxigênio, um termo utilizado por técnicos que atuam no tratamento de esgotos domésticos. Demanda, neste caso, é o mesmo que quantidade consumida, ou a consumir. O termo “bioquímica” representa aqui uma mistura de reações de origem biológica e química. Dessa forma, podemos resumir que DBO é o consumo de oxigênio através de reações biológicas e químicas. Um corpo d'água doce pode ser representado por um rio, um lago ou mesmo um conjunto de águas subterrâneas. Num corpo d'água coexistem bactérias e matérias orgânicas de todas as naturezas. As bactérias se alimentam de matéria orgânica, isto é, de substâncias que contém carbono e hidrogênio. A digestão completa dessa matéria acontece através de uma reação bioquímica que necessita de um elemento fundamental para ser realizada: o oxigênio. Quando a bactéria consegue o oxigênio, ela transforma a matéria orgânica em outra substância. Esse processo é conhecido como mineralização. Portanto, para que as bactérias sobrevivam e se multipliquem é necessário que haja alimento (matéria orgânica) e oxigênio. Contudo, se a quantidade de alimento disponível for muito grande nos corpos d´água, as bactérias se multiplicarão em demasia e disputarão entre si todo o oxigênio disponível. Dessa forma, ele tende a se extinguir, matando assim as bactérias. Como resultado, elas acabam se transformando em mais alimento disponível, já que são matérias orgânicas também! Acabado o oxigênio, as águas de rios, lagos ou subterrâneos que vivem essa situação serão incapazes de sustentar a vida aeróbia, isto é, de todos os organismos que necessitam dele para viver. Desta forma, é importante que se tenha um controle rígido no lançamento de matéria orgânica nesses corpos d´água, preservando um mínimo de oxigênio para evitar a sua “morte”. Um esgoto a céu aberto que deságua em um rio é uma fonte enorme de matéria orgânica. Diz-se, então, que a DBO desse esgoto é alta e irá exigir um alto consumo de oxigênio do rio, exatamente por serem ricas em matéria orgânica. O tratamento de esgotos nada mais é que uma forma de reduzir essa DBO, antes que o esgoto atinja um corpo d´água. Com isso preserva-se o seu oxigênio e também, em alguns casos, elimina matérias orgânicas vivas transmissoras de doenças para o homem.

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Dois exemplos de DBO: 4 Águas servidas de uma refinaria de açúcar - Chegam a ter DBO de 6.000 miligramas por litro. Isso significa que, a cada litro dessas águas despejado num rio, suas matérias orgânicas fazem com que 6.000 mg, ou seja, 6g do oxigênio dissolvido na água do rio, simplesmente desapareçam. 4 Esgotos não tratados (esgotos domésticos) - Cada pessoa é responsável, em média, pelo desaparecimento de 54 gramas diárias de oxigênio existentes nas águas do rio (ou lago) onde esse esgoto é despejado. Dessa forma, sendo a água doce um bem raro, qualquer tratamento prévio para reduzir a DBO (fossa séptica, filtro biológico etc.) será de grande importância na preservação dos corpos d'água, dos quais dependemos para viver.

A assimilação e a conversão do elemento químico nitrogênio em íons amônia e nitrato.

O nitrogênio é um componente que entra na composição de duas moléculas orgânicas de considerável importância para os seres viventes: as proteínas e os ácidos nucléicos. Embora presente em grande concentração no ar atmosférico, essencialmente na combinação molecular N2, poucos são os organismos que o assimilam nessa forma. Apenas certas bactérias e algas cianofíceas podem retirá-lo do ar na forma de N2 e incorporá-lo às suas moléculas orgânicas. Contudo, a maioria dos organismos não consegue reter e aproveitar o nitrogênio na forma molecular, obtendo esse nutriente na forma de íons amônio (NH4

+), bem como íons nitrato (NO3-).

Algumas bactérias nitrificantes na superfície do solo realizam a conversão do nitrogênio, transformam a amônia em nitratos, disponibilizando esse elemento diretamente às plantas e indiretamente aos animais, através das relações tróficas: produtor e consumidor. Outras bactérias também fixadoras de nitrogênio gasoso, ao invés de viverem livres no solo, vivem no interior dos nódulos formados em raízes de plantas leguminosas, como a soja e o feijão, uma interação

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interespecífica de mútuo benefício (simbiose). Ao fixarem o nitrogênio do ar, essas bactérias fornecem parte dele às plantas. Portanto, a adoção do cultivo das leguminosas é uma prática recomendável à agricultura, porque desta forma as leguminosas colocam em disponibilidade o nitrogênio para culturas seguintes, não empobrecendo tanto o solo quanto à questão de nutrientes disponíveis. A devolução do nitrogênio à atmosfera, na forma de N2, é feita graças à ação de outras bactérias, chamadas desnitrificantes. Elas podem transformar os nitratos do solo em N2, que volta à atmosfera, fechando o ciclo.

Importância nos estudos de controle de qualidade das águas

A DBO é o parâmetro fundamental para o controle da poluição das águas por matéria orgânica. Nas águas naturais a DBO representa a demanda potencial de oxigênio dissolvido que poderá ocorrer devido à estabilização dos compostos orgânicos biodegradáveis, o que poderá trazer os níveis de oxigênio nas águas abaixo dos exigidos pelos peixes, levando-os à morte. É, portanto, importante padrão de classificação das águas naturais. Nas classes que correspondem às águas menos poluídas, exigem-se baixos valores máximos de DBO e elevados limites mínimos de oxigênio dissolvido. Na legislação federal, a Resolução nº 20 DO CONAMA, são impostos os limites máximos de DBO de 3, 5, 10, 5, 10 e 5 mg/L para as águas de classe 1, 2, 3, 5, 6 e 7 e os limites mínimos de oxigênio dissolvido de 6, 5, 4, 2, 6, 4, 5 e 3 mg/L, para as águas classe 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8 respectivamente. A DBO é também uma ferramenta imprescindível nos estudos de auto-depuração dos cursos d’água. Além disso, a DBO constitui-se em importante parâmetro na composição dos índices de qualidade das águas.

No campo do tratamento de esgotos, a DBO é um parâmetro importante no controle da eficiência das estações, tanto de tratamentos biológicos aeróbios e anaeróbios, bem como físico-químicos (embora de fato ocorra demanda de oxigênio apenas nos processos aeróbios, a demanda “potencial” pode ser medida à entrada e à saída de qualquer tipo de tratamento). Na legislação do Estado de São Paulo, o Decreto Estadual nº 8468, a DBO5 de cinco dias é padrão de emissão de esgotos diretamente nos corpos d’água, sendo exigidos ou uma DBO5 máxima de 60 mg/L ou uma eficiência global mínima do processo de tratamento na remoção de DBO5 igual a 80%. Este último critério favorece aos efluentes industriais concentrados, que podem ser lançados com valores de DBO ainda altos, mesmo removida acima de 80%.

Procedimento:

1) Pipetar 100 mL da amostra, em um erlenmeyer de 250 mL e adicionar 10 mL de ácido sulfúrico 1:3 e 10 mL de permanganato de potássio 0,0125 N.

2) Em outro erlenmeyer, colocar 100 mL de água destilada, 10 mL de ácido sulfúrico 1:3, 10 mL de permanganato de potássio 0,0125 N.

3) Colocar em digestão a aproximadamente 90ºC, durante meia hora. Caso o permanganato descore, adicionar mais quantidade de permanganato.

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4) Adicionar por meio de uma bureta 10 mL de solução de oxalato de sódio a 0,0125 N a cada frasco. A solução ficará incolor. Titular em seguida com solução de permanganato de potássio 0,0125 N até que a primeira cor rósea persistente apareça. Anote o volume gasto.

Cálculo:

OC = [(K – N) – (k – n)] x 100

Volume da amostra

Onde: K = volume total em mL de permanganato de potássio

N = volume em mL de oxalato de sódio usado na amostra

k = volume em mL de permanganato de potássio usado na prova em branco

n = volume em mL de oxalato de sódio usado na prova em branco.

QUESTÕES:

1) Esquematize o ciclo do nitrogênio 2) O que é eutrofização? Quais as suas conseqüências? 3) Uma água poluída com excesso de matéria orgânica pode se despoluir sozinha? Explique. 4) Qual a diferença entre DBO e DQO? 5) Por que a matéria orgânica contida numa amostra de água pode ser determinada pela

quantidade de oxigênio consumido? 6) O que se entende como matéria orgânica numa água? 7) Qual a diferença de uma água poluída de uma água contaminada? 8) Por que o conceito de pureza de uma água é relativo? 9) Pesquise sobre os inconvenientes causados em uma água industrial com excesso de matéria

orgânica. 10) Qual a finalidade do permanganato de potássio nessa análise? E do oxalato de sódio?

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Experimento No. 5

Sólidos Sedimentáveis.

Introdução teórica:

A designação de sólidos sedimentáveis é aplicada a sólidos em suspensão na água que decantam em condições de quiescência, devido à ação da gravidade. Somente os sólidos em suspensão de maiores dimensões, que têm um peso específico maior do que o da água, decantarão. A acumulação dos sólidos sedimentáveis forma o lodo.

Na Engenharia Ambiental, a determinação dos sólidos sedimentáveis é importante, para ser avaliada a necessidade da utilização de unidades para sedimentação e os comportamento físico dos corpos aquáticos naturais, recebendo águas residuárias.

Considerações iniciais

Em saneamento, sólidos nas águas correspondem a toda matéria que permanece como resíduo, após evaporação, secagem ou calcinação da amostra a uma temperatura pré-estabelecida durante um tempo fixado. Em linhas gerais, as operações de secagem, calcinação e filtração são as que definem as diversas frações de sólidos presentes na água (sólidos totais, em suspensão, dissolvidos, fixos e voláteis). Os métodos empregados para a determinação de sólidos são gravimétricos (utilizando-se balança analítica ou de precisão), com exceção dos sólidos sedimentáveis, cujo método mais comum é o volumétrico (uso do cone Imhoff).

Definições das diversas frações

a) Sólidos totais (ST): Resíduo que resta na cápsula após a evaporação em banho-maria de uma porção de amostra e sua posterior secagem em estufa a 103-105°C até peso constante. Também denominado resíduo total.

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b) Sólidos em suspensão (ou sólidos suspensos) (SS): É a porção dos sólidos totais que fica retida em um filtro que propicia a retenção de partículas de diâmetro maior ou igual a 1,2 µm. Também denominado resíduo não filtrável (RNF).

c) Sólidos Voláteis (SV): é a porção dos sólidos (sólidos totais, suspensos ou dissolvidos) que se perde após a ignição ou calcinação da amostra a 550-600°C, durante uma hora para sólidos totais ou dissolvidos voláteis ou 15 minutos para sólidos em suspensão voláteis, em forno mufla. Também denominado resíduo volátil.

d) Sólidos Fixos (SF): É a porção dos sólidos (totais, suspensos ou dissolvidos) que resta após a ignição ou calcinação a 550-600°C após uma hora (para sólidos totais ou dissolvidos fixos) ou 15 minutos (para sólidos em suspensão fixos) em forno-mufla. Também denominado resíduo fixo.

e) Sólidos Sedimentáveis (SSed): É a porção dos sólidos em suspensão que se sedimenta sob a ação da gravidade durante um período de uma hora, a partir de um litro de amostra mantida em repouso em um cone Imhoff.

Classificação

Considere-se a seguinte chave de classificação:

No laboratório, em trabalhos de rotina, as determinações realizadas são as dos sólidos totais (A), sólidos em suspensão (B), sólidos fixos (E), sólidos em suspensão fixos (G) e os sólidos sedimentáveis (J). As demais frações são determinadas por diferença.

Importância nos estudos de controle de qualidade das águas

Os níveis de concentração das diversas frações de sólidos resultam em um quadro geral da distribuição das partículas com relação ao tamanho que não é definitivo para se entender o comportamento da água em questão, mas constitui-se em uma informação preliminar importante.

O nível de sólidos sedimentáveis nos efluentes finais descarregados pelas indústrias é também extremamente importante por se tratar de parâmetro da legislação. No Estado de São Paulo, por exemplo, o limite máximo é de apenas 1 mL/L para a descarga direta no corpo receptor e de 20 mL/L para a descarga no sistema público de esgotos provido de estação de tratamento (Decreto Estadual n° 8468). Também na Resolução n° 20 do CONAMA aparece como padrão de emissão 1 mL/L de sólidos sedimentáveis (artigo 21), e também consta como padrão de classificação das águas naturais.

As concentrações de sólidos em suspensão são medidas importantes no controle de decantadores e outras unidades de separação de sólidos. Constituem parâmetro utilizado em análises de balanço de massa.

Com relação ao abastecimento público de água, a portaria n° 36 do Ministério da Saúde estabelece como padrão de potabilidade 1.000 mg/L de sólidos totais dissolvidos. No caso da Resolução CONAMA nº 20, o valor máximo é de 500 mg/L.

Remoção de sólidos

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Prevalecem a remoção por sedimentação simples. Os sólidos menores, são removíveis por sedimentação, desde que precedida de processo de coagulação e floculação. Podem ser utilizados também filtros de areia ou filtros de camada dupla de areia e carvão .

Método – decantação em cone de IMHOFF

Materiais:

1 cone Imnhoff com suporte universal e garra em anel. 1 bastão de vidro 1 relógio. Procedimento: Homogeneizar a amostra, despejar 1000 mL desta em um cone Imnhoff e deixar sedimentar durante 45 minutos. Em seguida, passar, vagarosamente, um bastão de vidro junto à parede interna do cone, para que os sólidos a ela aderidos sedimentarem. Alternativamente, girar, cuidadosamente, com as mãos, o cone em torno do eixo vertical, de forma a deslocar os sólidos aderidos à parede. Deixar decantar por mais 15 minutos. Se os sólidos contêm volumes de líquidos, entre partículas sedimentadas, estimar esses volumes e subtrair do volumes de sólidos sedimentados. Efetuar a leitura da quantidade de sólidos sedimentáveis em mililitros por litro, mL/L. Experimento No.6

Reciclagem de fios de cobre ou em pedaços

Objetivo: sintetizar um sal hidratado – sulfato de cobre II penta-hidratado , a partir de cobre metálico.

Introdução teórica:

Sulfato de Cobre (II) ou Sulfato Cúprico é um composto químico cuja fórmula molecular CuSO4. Este sal existe sob algumas formas, que se diferem por seu grau de hidratação. Na sua forma anidra ele se apresenta como um pó de coloração verde opaca ou cinzento, enquanto na sua forma pentahidratada (CuSO4.5H2O), a forma no qual é mais encontrado, ele é azul brilhante. A forma anidra ocorre sob a forma de um mineral raro chamado de calcocianita. A forma hidratada ocorre na natureza como calcantita (pentahidratado). Arcaicamente era chamado de vitríolo azul e pedra-azul.

O sulfato de cobre pentahidratado decompõe-se antes de liquefazer, perdendo quatro águas de hidratação à 110 °C a 200 °C, graças ao rompimento das interações de Van der Walls. À 650 °C o sulfato de cobre(II) decompõe-se em óxido de cobre(II) (CuO) e trióxido de enxofre (SO3). Sua coloração azul deve-se às suas águas de hidratação. Quando em contato com chama, seus cristais se desidratam e tornam-se cinzentos. O sulfato de cobre na sua forma anidra apresenta-se fortemente higroscópico.

Sulfato de cobre pentahidratado tem ação fungicida. Misturado com cal é chamado de calda bordalesa ou mistura de Bordeaux e é utilizada para controle de fungos em uvas, melões, e outras

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frutas. Outra aplicação é como composto de Cheshunt, uma mistura de sulfato de cobre e carbonato de amônio, é utilizado na horticultura para evitar a queda das plântulas.

Seu uso como herbicida não está relacionado com a agricultura, mas sim no controle de plantas aquáticas exóticas invasivas e raízes de outras plantas invasivas próximas a encanamentos contendo água. A forma diluída do sulfato de cobre é usada no tratamento de infecções parasíticas em peixes de aquário, e também utilizado para remover caracóis de aquários. De todo modo, como os íons de cobre são extremamente tóxicos aos peixes, a dosagem deve ser muito bem controlada. A maior parte das espécies de algas pode ser controlada com uma concentração baixa de sulfato de cobre. Sulfato de cobre inibe o crescimento de bactérias tais como Escherichia coli.

Muitas análises químicas utilizam sulfato de cobre. É usado na solução de Fehling e na solução de Benedict para análise de açúcares redutores, os quais reduzem o solúvel sulfato de cobre (II) (azul) para o insolúvel óxido de cobre (I) (vermelho). Sulfato de cobre (II) é também utilizado no reagente de biureto para análise de proteínas.

Sulfato de cobre é utilizado para testes para detecção de anemia. O teste é realizado jogando-se um pouco de sangue numa solução de sulfato de cobre com densidade conhecida – sangue contendo hemoglobina suficiente afunda rapidamente por sua densidade, enquanto sangue que não contém hemoglobina suficiente flutua ou afunda vagarosamente.

Em um teste de chama, os íons de cobre emitem uma chama azul-esverdeada forte, muito mais azul do que o teste de chama do bário.

Procedimento: - Pese 1,0 g de fio fino de cobre ou limalha de cobre e coloque em um béquer de 100 mL. - Adicione 15 mL da solução de acido sulfúrico e (1:10) e 10 mL de solução de peróxido de hidrogênio ( 1:2). - Aqueça a mistura em um banho-maria até dissolução completa do cobre (aproximadamente 25 minuto). - Retire a solução do banho-maria e deixe-a esfriar à temperatura ambiente. - Para obter o produto cristalizado, temos as seguintes opções:/a) Adicionar à solução fria, sob agitação, 20 mL de etanol. Após 10 minutos, separa-se a solução sobrenadante por decantação, leva-se o produto sólido com 5 mL de uma mistura de água/etanol na proporção 1:1, retiram-se e secam-se os cristais entre folhas de papel-filtro. b) Adicionar 10 mL de etanol e colocar o béquer sobre gelo. Após alguns minutos, começam a se formar cristais azuis milimetricos no fundo do béquer. Após 30 minutos, separa-se a solução sobrenadante por decantação, lava-se o produto sólido com 5 mL de uma mistura de água/etanol na proporção 1:1, retiram-se e secam-se os cristais. - Pese os cristais obtidos. - aqueça uma pequena porção do produto em um tubo de ensaio seco posicionado horizontalmente na chama de um bico de Bunsen e observe a mudança. - Após esfriar o tubo completamente, acrescente algumas gotas de água e observe a mudança. Questões

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1) Qual é a função do peróxido de hidrogênio no processo realizado? 2) Calcule o rendimento percentual do produto obtido. 3) Represente as reações químicas ocorridas. 4) Demonstre os cálculos de preparação de soluções.

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Experimento No. 7

Síntese de um sal complexo

Procedimento 1) Pese aproximadamente 0,3 g de palha de aço ou limalha de ferro em um béquer de 50 mL. 2) Adicione 10 mL de solução de acido sulfúrico e coloque o béquer sobre um banho-maria até

dissolução completa do ferro (cerca de 15 minutos). 3) Dilua a solução obtida com água até um volume de 30 mL. 4) Adicione lentamente e sob agitação, uma solução de 0,9 g de oxalato de potássio em 10 mL de

água. 5) Adicione lentamente e sob agitação a solução diluída de amônia (cerca de 10 mL), até o

aparecimento de uma coloração verde. 6) Acrescente, lentamente e sob agitação, algumas pitadinhas de ácido oxálico sólido, até que o

precipitado formado apresente uma coloração amarelo-clara (oxalato de ferro FeC2O4). 7) Filtre o produto obtido usando papel filtro. 8) Lave o resíduo sobre o filtro com 10 mL de água. 9) Descarte o filtrado e transfira o resíduo do filtro para um béquer de 50 mL com um jato de água, de

tal maneira que o volume de água não ultrapasse 25 mL. 10) Aqueça a suspensão amarela sobre um banh0o-maria a 40-50º.C e adicione, em pequenas porções

e sob agitação, 1,4 g de oxalato de potássio e 0,3 g de acido oxálico. Finalmente, acrescente, sob agitação, 1 mL da solução de peróxido de hidrogênio 1:2. deve resultar, após alguns instantes, uma solução verde-clara e transparente de trioxalatoferrato de potássio.

11) Em caso de formação de um precipitado marrom, acrescente sob agitação algumas pitadinhas de ácido oxálico sólido, até que resulte uma solução trnasparente.

12) Para obter o produto em forma cristalizada: a) Acrescentar, obs agitação, 10 mL de etanol e deixar em repouso. Após alguns minutos forma-

se uma massa sólida composta por pequenos cristais verdes. Filtrar os cristais e secá-los entre folhas de papel-filtro.

b) Colocar a solução obtida sobre gelo. Após 15-20 minutos obtém-se cristais verdes de tamanho milimetrico. Filtrar os cristais e secá-los no papel–filtro.

Questões 1) Escreva as reações ocorridas. 2) Demonstre os cálculos da preparação de soluções utilizadas. 3) Qual a função do álcool? 4) Qual a função do H2O2? 5) O que são sais complexos?

Experimento No. 8

Determinação de cromo em rochas

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Introdução teórica: O crômio é um metal de transição, duro, frágil, de coloração cinza semelhante ao aço. É muito

resistente à corrosão. Seu maior estado de oxidação é +6, ainda que estes compostos sejam muito oxidantes. Os estados

de oxidação +4 e +5 são pouco frequentes, enquanto que os estados mais estáveis são +2 e +3. Também é possível obter-se compostos nos quais o crômio apresenta estados de oxidação mais baixos, porém são bastantes raros.

O crômio é empregado principalmente em metalurgia para aumentar a resistência à corrosão e dar um acabamento brilhante.

Em ligas metálicas. O aço inoxidável, por exemplo, apresenta aproximadamente 8% de crômio. Em processos de cromagem que é depositar sobre uma peça uma capa protetora de crômio através

da eletrodeposição. Também é utilizado em anodizado de alumínio. Seus cromatos e óxidos são empregados em corantes e pinturas. Em geral, seus sais são

empregados, devido às suas cores variadas, como mordentes. O dicromato de potássio ( K2Cr2O7 ) é um reativo químico usado para a limpeza de materiais de

vidro de laboratório e em análises volumétricas. É comum o uso do crômio e de alguns de seus óxidos como catalisadores, por exemplo, na síntese

do amoníaco ( NH3 ). O mineral cromita ( Cr2O3�FeO ) é empregado em moldes para a fabricação de ladrilhos,

geralmente materiais refratários. Entretanto, uma grande parte de cromita é empregada para obter o crômio ou em ligas metálicas.

No curtimento de couros é comum empregar o denominado "curtido ao crômio", sendo este o produto de maior consumo na curtição de couros e peles, consistindo em utilizar o hidroxisulfato de crômio(III) ( Cr)(OH)( SO4 ) .

Para preservar a madeira costuma-se utilizar substâncias químicas que se fixam a ela, protegendo-a. Entre essas substâncias, aquela usada para proteger a madeira é o óxido de crômio(VI) ( CrO3 ).

Quando no coríndon ( α-Al2O3 ) se substituem alguns íons de alumínio por íons de crômio, obtém-se o rubi. O rubi pode ser empregado, por exemplo, em laseres.

O dióxido de crômio ( CrO2 ) é usado para a produção do material magnético empregado em fitas-cassetes para gravação de som, produzindo melhores resultados do que aquelas com óxido de ferro ( Fe2O3 ), devido a sua maior coercitividade.

Geralmente, não se considera que o crômio metálico e os compostos de crômio(III) sejam, especialmente, um risco para a saúde. Trata-se de um elemento essencial para o ser humano, porém em altas concentrações é toxico.

Os compostos de crômio(VI) são tóxicos quando ingeridos, sendo a dose letal de alguns gramas. Em níveis não letais, o crômio(VI) (crômio hexavalente) é altamente carcinógeno. A maioria dos compostos de crômio(VI) irritam os olhos, a pele e as mucosas. A exposição crônica a compostos de crômio(VI) pode provocar danos permanentes nos olhos.

A Organização Mundial da Saùde ( OMS ) recomenda desde 1958 uma concentração máxima de 0.05 mg/litro de crômio(VI) na água de consumo. Este valor está sendo revisado, havendo novos estudos sobre os seus efeitos a saúde.

Obtém-se crômio a partir da cromita (FeCr2O4). O crômio é obtido comercialmente aquecendo a cromita em presença de alumínio ou silício mediante o processo de redução. Aproximadamente metade da produção mundial de cromita é extraída na África do Sul. Também obtém-se em grandes quantidades no Casaquistão, Índia e Turquia.

Os depósitos ainda não explorados são abundantes, porém estão concentrados no Casaquistão e no sul da África.

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Em 2000 foram produzidas aproximadamente 15 milhões de toneladas de cromita, da qual a maior parte destina-se ao uso em ligas metálicas (cerca de 70%) como, por exemplo, para a obtenção do ferrocromo, que é uma liga metálica de crômio e ferro, com um pouco de carbono. Outra parte (cerca de 15% aproximadamente) emprega-se diretamente como material refratário e o restante, na indústria química para a obtenção de diferentes compostos de crômio.

Foram descobertos alguns depósitos de crômio metálico, embora de pequenas quantidades. Numa mina russa (Udachnaya) produzem-se amostras do metal, devido ao ambiente redutor, que facilita a produção de diamantes e crômio elementar.

Pesquisa explica excesso de cromo em águas subterrâneas de SP – A água subterrânea de algumas cidades localizadas no aquífero Bauru, na região noroeste de São Paulo, intriga cientistas por que apresenta naturalmente uma alta concentração de cromo hexavalente, um metal cancerígeno. Uma pesquisa da USP publicada recentemente na revista Geologia USP: Série Científica, do Instituto de Geociências (IGc), revela a causa do fenômeno: uma combinação de águas profundas muito alcalinas e um mineral de origem vulcânica inesperado no tipo de rocha da região.

A concentração de cromo na água subterrânea de Urânia, a cidade mais afetada pelo problema, é 0,14 miligramas por litro (mg/l) — mais que o dobro do limite estabelecido pela Organização Mundial da Saúde (OMS) para o consumo humano, de 0,05 mg/l. Foram relatados casos parecidos somente em regiões de clima mais áridos e com rochas muito específicas, incluindo algumas regioes dos Estados Unidos, Itália e Austrália.

Os pesquisadores do IGc resolveram investigar a causa da ocorrência, já que no noroeste de São Paulo, o clima é tropical e as rochas são bem comuns — arenitos que se originam da degradação de outras rochas. Eles perfuraram poços de diversas profundidades e examinaram a composição do terreno e a água.

Na rocha, perceberam uma porcentagem grande do mineral diopsídio com cromo em seu interior. “Geralmente os diopsídeos com cromo estão em rochas muito alcalinas”, explica Reginaldo Bertolo, professor do IGc e cooperador da pesquisa. “Lá em Urânia existe o único caso que eu conheço em que eles estão presentes em arenitos.”

O diopsídio da região é originado das rochas vulcânicas muito alcalinas que existiam há milhões de anos no triângulo mineiro. Elas foram erodidas lentamente e transportadas para a região, que era desértica na época. Por essa razão, o mineral preservou suas características. “O mineral existe por que não havia água na região”, explica Bertolo. “Ele não teve tempo de ser transformado em outros minerais. Está se transformando agora”.

No entanto, apenas a presença do mineral não explica como o cromo foi parar na água subterrânea. O fenômeno pode ser explicado pelo fato de as regiões mais profundas do aquífero terem grande alcalinidade, outra característica rara. O pH da água em profundidades como 80 e 90 metros varia entre 8,5 e 10,7. O pH é alto por conta de reações químicas que acontecem devido à presença de carbonato de cálcio, oxigênio e óxido de manganês em suas águas. O pH da água subterrânea na natureza normalmente está entre 5,5 e 8,5.

Água perigosa Em Urânia, a Sabesp, distribuidora estatal de água, abandonou a exploração dos poços e importa a água da cidade vizinha, Jales, que usa água do aqüifero Guarani. No entanto, há poços particulares sem regularização. “Existem milhares de poços de propriedades particulares”, afrima Bertolo. “Muita gente pode estar bebendo água incolor e sem gosto, talvez contaminada”. Ele lembra que cada 5 poços no estado de São Paulo, 4 são construídos sem autorização de funcionamento (outorgas) pelo governo, segundo levantamento feito pelo Laboratório de Modelos Físicos (LAMA) do IGc. Esse poços não são ficalizados.

Outro problema da região são os curtumes, que usam cromo no tratamento de couro e descartam os resíduos sem cuidados ambientais, o que pode agravar a contaminação natural. “Entretanto, esses

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problemas são pontuais e têm sido mais facilmente identificados pelos órgãos ambientais”, explica Ricardo Hirata, professor do IGc e cooperador da pesquisa.

A pesquisa aponta estratégias possíveis para explorar a água da região. Uma sugestão é construir poços em regiões do aquífero com menos sódio, já que os pesquisadores perceberam que concentrações altas de cromo hexavalente são acompanhadas por concentrações altas de sódio. Outra possibilidade a ser testada seria bombear a água dos poços existentes em diferentes vazões ou regimes de bombeamento, já que o ritmo de bombeamento parece influenciar na concentração do contaminante na água.

Reportagem de Nilbberth Silva, da Agência USP de Notícias, publicada pelo EcoDebate, 26/02/2010

ANÁLISE GRAVIMÉTRICA Em uma análise gravimétrica utiliza�se uma série de operações para se determinar a quantida

de de um constituinte de uma amostra, por pesagem direta do elemento puro ou de um de seu derivado, cuja composição é conhecida e bem definida. Este procedimento analítico constitui-e num método de extensa aplicação na determinação de macroconstituintes de uma amostra.

As principais vantagens da análise gravimétrica são: as operações unitárias são de fácil execução e utiliza�se equipamentos simples; entretanto, as desvantagens são: tempo muito longo para sua execução e sujeito a uma série de erros acumulativos.

No procedimento de uma análise gravimétrica deve�se observar as etapas sucessivas que compõem esse tipo de análise, a saber:

A. Preparação da Amostra; B. Preparação da Solução � Ataque da Amostra; C. Precipitação e Digestão; D. Filtração; E. Lavagem; F. Calcinação ou Secagem; Procedimento: - Dissolva 0,5 g de K2Cr2O7 seco em 100 mL de água destilada. - Adicione 10 mL de HCl concentrado e 5 mL de álcool etílico. - Aqueça à ebulição. - Mantenha a ebulição e agite até a redução total de Cr+6 a Cr+3 (A solução fica verde-escura sem cor amarela. - Continue a ebulição até diminuição até eliminação do excesso de álcool e aldeído (forma pela oxidação do álcool – não deve perceber-se cheiro de álcool ou aldeído). - Dilua a solução até 150 mL e aqueça à ebulição. -Junte, agitando, ligeiro excesso de NH4OH diluído até precipitação total de Cr(OH)3 cinza-esverdeado ou violáceo. - Continue a ebulição por alguns minutos e agite. - Retire o bunsen e deixe depositar o precipitado Cr(OH)3. se o liquido sobrenadante for avermelhado, continue a ebulição até que, depositando o precipitado, fique completamente claro. - Lave o precipitado por decantação com água destilada quente e logo sobre um filtro. - Seque o precipitado e transfira-o para um vidro-relógio. - Pese um cadinho limpo e seco e anote a massa. - Incinere o filtro acima no cadinho. - Deixe esfriar. - Junte ao cadinho o precipitado Cr(OH)3 do vidro-relógio e aqueça gradativamente até a maior temperatura do bunsen durante 10 minutos, a fim de transformar, por desidratação, Cr(OH)3 em Cr2O3 verde-escuro. - Deixe esfriar o cadinho com o precipitado Cr2O3 no dessecador. - Pese o conjunto e anote a massa. - Repita mais uma vez e anote os resultados.

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Questões 1) O que o cromo pode causar no meio ambiente? 2) Onde o cromo é utilizado? 3) Como reconheceu a precipitação total de Cr(OH)3? 4) Por que calcinou o precipitado Cr(OH)3? 5) Resultados dos dados obtidos: a) massa da amostra (ma)...........................g b) massa do cadinho vazio (mc)........g c) massa do cadinho com precipitado Cr2O3 (mcp)..............g d)massa do precipitado Cr2O3 (mp = mcp – mc)...................g e)fator gravimétrico ( f = Cr/Cr2O3)...................g f) massa (média) do Cr na amostra ( P = f x mp).................g g) % de Cr na amostra ( P = f x mp/ma x 100).................% 6) Compare a massa obtida com a teórica. Qual o erro %? Por quê? Experimento No.9

Pigmentos

Introdução teórica:

Em biologia, pigmentos são os compostos químicos responsáveis pelas cores das plantas ou animais. Quase todos os tipos de células, como as da pele, olhos, cabelo etc. contêm pigmentos. Seres com deficiência de pigmentação são chamados albinos. Na coloração de pinturas, tintas, plásticos, tecidos e outros materiais, um pigmento é um corante seco, geralmente um pó insolúvel. Existem pigmentos naturais (orgânicos e inorgânicos) e sintéticos. Os pigmentos agem absorvendo seletivamente partes do espectro (ver luz) e refletindo as outras.

Geralmente é feita uma distinção entre pigmento, que é insolúvel, e tintura, que é líquida ou então solúvel. Existe um linha divisora bem definida entre pigmentos e tinturas: um pigmento não é solúvel em seu solvente enquanto a tintura é. Desta forma, um corante pode ser tanto um pigmento quanto uma tintura dependendo do solvente utilizado. Em alguns casos, o pigmento será feito pela precipitação de uma tintura solúvel com um sal metálico. O pigmento resultante é chamado de "lake". Pigmento deteriorante é aquele não permanente, sensível a luz.

Baseados em Heme/Porfirina

• Clorofila verde • Bilirrubina amarelo • Hemocianina azul • Hemoglobina vermelho-amarronzado

Emissores de luz

• Luciferina verde-claro

Lipocromos

• Carotenóides alaranjado

CETÉS – Análise Química Ambiental B 35

o Alfa e Beta Caroteno laranja o Cianinas rosas vermelhas

� Antocianina vermelho intenso o Licopeno vermelho predominante o Rodopsina azul cor do céu o Xantofilas amarelada

� Cantaxantina vermelha � Zeaxantina amarelo cor do milho

o Luteína amarelo

Procedimento: Preparar 10 mL de cada solução

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- acido sulfúrico – diluído na proporção 1:17 - solução de cloreto de bário – BaCl2 – 0,5M - solução de cromato de potássio -0,5 M - Solução de nitrato de chumbo – 0,5M - solução de molibdato de sódio – Na2MoO4 .2H2O – 0, 5M - solução de nitrato de ferro III – 0,5 M - solução de hexacianoferrato II de potássio – K4[Fe(CN)6].3H2O 0,5M Pigmento branco

a) vinte goras da solução de acido sulfúrico b) vinte e cinco gotas da solução de cloreto de bário

Pigmento amarelo

a) dez gotas da solução de cromato de potássio b) quinze gotas da solução de nitrato de chumbo.

Pigmento vermelho ou alaranjado, vermelho-de-molibdenio a)oito gotas da solução de cromato de potássio mas duas gotas da solução de molibdato de sódio. b)quinze gotas da solução de nitrato de chumbo. Pigmento azul a)quinze gotas da solução de nitrato de ferro III b)dez gotas da solução de hexacianoferrato de potássio. Pigmento verde por mistura de pigmentos amarelos e azuis a) adicione a suspensão do pigmento azul em pequenas porções a uma suspensão do pigmento amarelo, até obter uma mistura de cor verde. Nesse caso, não ocorre reação química; trata-se apenas de uma mistura física. Questões

1) Escreva as reações ocorridas. 2) Por que nem todas as substâncias coloridas servem como pigmentos? 3) Explique a origem das cores das substâncias. 4) Demonstre os cálculos de preparações das soluções utilizadas. 5) Para que servem os pigmentos? 6) Como é feita o tratamento de efluentes contendo pigmentos? 7) Que tipo de metais são encontrados nos pigmentos? 8) Cite os pigmentos naturais. 9) Cite os pigmentos artificiais. 10) É possível extrais pigmentos do solo? Como?

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Experimento No.10

PRODUTOS NATURAIS ISOLAMENTO DO EUGENOL A PARTIR DO CRAVO DA ÍNDIA

Objetivo: Demonstrar o isolamento de substâncias orgânicas de fontes naturais. _ Demonstrar a extração de um óleo essencial por destilação com arraste a vapor. _ Demonstrar experimentalmente o uso da extração contínua (Soxhlet) para isolamento de óleos fixos. Introdução teórica:

Desde a pré-história a humanidade tem demonstrado interesse por substâncias orgânicas extraídas de fontes naturais. Muitas substâncias usadas como medicamentos, pigmentos, venenos e perfumes foram, durante muito tempo, apenas isoladas de plantas ou animais. Só com o desenvolvimento da síntese orgânica no final do século 19, a humanidade conseguiu libertar-se dessa limitação. Mesmo assim, ainda hoje continua o interesse do químico orgânico pela descoberta de novas substâncias de origem natural (vegetal ou animal), que representem um desafio à síntese total ou elucidação molecular, face suas intrincadas arquiteturas.

O químico de produtos naturais atua, de modo geral, em quatro linhas básicas de pesquisas, às vezes, em duas ou mais concomitantemente: _ estudo sistemático da composição química de espécies pertencentes a determinadas famílias _ isolamento de fontes naturais de substâncias, com ação farmacologica ou fisiológica potencial, que possam ajudar no combate a doenças e pragas agrícolas _ elucidação estrutural de novas moléculas, com uso intenso de técnicas espectrométricas _ síntese e/ou transformações químicas de moléculas com ação fisiológica. O Esquema 1 abaixo, apresenta uma tentativa de definição das atividades desenvolvidas pelos químicos de produtos naturais e bioquímicos.

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CETÉS – Análise Química Ambiental B 39

química de produtos naturais possui uma estreita relação de interdisciplinaridade com outras áreas do conhecimento, tais como: botânica, zoologia, biologia molecular, farmacologia, medicina humana e veterinária, entomologia, ecologia, etc. (Esquema 2).

Até meados do século passado o químico se valia das reações clássicas, que exigiam quantidades

maciças de amostras, para estabelecer as estruturas moleculares, por vezes bastante complexas, de substâncias isoladas de fontes naturais. Atualmente, as técnicas utilizadas na elucidação estrutural dependem, quase que exclusivamente, de métodos espectrométricos. Tais métodos, geralmente não destrutivos, requerem amostras muito pequenas, o que, associado às novas metodologias de isolamento e purificação, expandiu em muito a capacidade do químico em descobrir novas moléculas interessantes, que ocorrem em diminutas quantidades nos organismos vivos. EXTRAÇÃO DE ÓLEOS (FIXOS E VOLÁTEIS) A PARTIR DE MATERIAL BIOLÓGICO Há uma diversidade de metodologias para a extração de substâncias orgânicas a partir de fontes naturais. Dependendo da natureza do material a extrair algumas técnicas são mais recomendadas que outras. Por exemplo, geralmente usamos a destilação por arraste de vapor d'água na extração de essências ou óleos voláteis. Para óleos (e gorduras) não voláteis (óleos fixos) a extração contínua por meio de solvente orgânico em extrator Soxhlet é a metodologia mais conveniente. Independente da técnica a ser usada na extração, o processo comum para a obtenção de produtos naturais a partir de fontes naturais envolve a escolha da fonte (material biológico, geralmente vegetais), a secagem do material, a trituração, a extração e a purificação do produto extraído.

As essências ou óleos essenciais são substâncias odoríferas, bastante voláteis à temperatura ambiente, encontrados em várias partes das plantas. Os óleos essenciais são normalmente encontrados em bolsas secretoras presentes nas partes vitais dos vegetais, tais como flores, folhas, sementes, caule, raiz e frutos. A qualidade do óleo essencial é variável de um gênero a outro e/ou de uma espécie a outra, podendo-se encontrar vegetais que possuem essências quimicamente diferentes em várias de suas partes.

Praticamente todos os óleos voláteis são constituídos por misturas muito complexas, cuja composição química varia muito. Representantes de quase todas as funções orgânicas comuns podem fazer parte de suas composições. Basicamente podemos agrupa-los em duas grandes classes, com base em sua origem biossintética: a) - derivados dos terpenóides, formados via ácido mevalônico-acetato; e b) -

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compostos com anéis aromáticos, formados via ácido chiquímico-fenil propanóides. Alguns exemplos de substâncias comumente presentes em óleos essênciais são mostrados Figura 1.

Muitas plantas são usadas diretamente com fins medicinais ou aromatizantes. Porém, é mais conveniente, para fins de comercialização, isolar a própria substância volátil, responsável pela ação fisiológica [a vanilina (baunilha) e o óleo de cravo são exemplos]. O processo de extração de uma essência depende de uma série de fatores, tais como sua localização no vegetal, suas propriedades físico-químicas e finalidade a qual se destina. Os óleos essênciais são facilmente solúveis em álcool, clorofórmio, diclorometano, éter e outros solventes orgânicos, mas imiscíveis com água. Assim, é possível extrai-los diretamente com um solvente orgânico de baixo ponto de ebulição (por ex. pentano, e mais recentemente dióxido de carbono em estado super-crítico), ou pela técnica de destilação com arraste de vapor d'água, processo muito usado na indústria de perfumaria. A extração com arraste de vapor é uma variante da destilação azeotrópica, que permite a separação de componentes voláteis imiscíveis, sem necessidade de temperaturas elevadas. Quando dois ou mais líquidos imiscíveis são aquecidos seus vapores se comportam como gases "ideais" e portanto, obedecem a lei de Raoult (veja Experimento 4). Se um dos líquidos é a água, a destilação se processa a uma temperatura inferior a 100ºC, por força da contribuição da pressão de vapor do(s) outro(s) líquido(s).

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A composição do destilado depende do pêso molecular dos componentes e de suas respectivas pressões de vapor à temperatura em que a mistura destila: gA / gB = pºA x pmA / pºB x pmB No caso da destilação da mistura bromobenzeno(A)-água(B), que se processa a 95ºC, temos: pºa pressão de vapor da água a 95ºC 640 mm pºb pressão de vapor do bromobenzeno a 95ºC 120 mm m b massa molecular da água 18 m a massa molecular do bromobezeno 157 ∴ g bromobenzeno / g água = 120 x 157 / 640 x 18 = 1,64 / 1 logo, cada 1grama de água destilada carrea 1,64 gramas de bromobenzeno. O processo é industrialmente muito atrativo devido ao baixo custo e pêso molecular da água. Em escala de laboratório, a operação é facilmente realizada em um sistema para destilação simples, munido de um funil de adição por meio do qual a água evaporada é constantemente reposta

Os óleos fixos são geralmente constituídos de componentes com alto peso molecular. Enquadram-se, na categoria, os lipídios de baixo ponto de fusão (azeite e outros óleos comestíveis). Quimicamente são classificados como ésteres de álcoois e ácidos graxos de cadeia longa (triglicerídeos ou triacilgliceróis, Figura 4). Gorduras e cêras pertencem à mesma categoria, mas possuem pontos de fusão mais elevados.

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A extração de óleo fixo (ou gorduras/cêras) de fonte natural sólida é mais convenientemene executada em um extrator Soxhlet (Figura 5). O sólido (devidamente moído) é colocado em um cartucho poroso na câmara do extrator e o solvente de extração adicionado ao balão. O solvente vaporizado e condensado na câmara do extrator dissolve o óleo (ou gordura) da amostra. Ao atingir o nível do sifão, a solução retornará ao balão e o processo repetido um número de vezes (extração contínua).

Parte I – Extração de Óleos Fixos de Materiais Biológicos

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Experimento Demonstrativo Objetivo: Demonstrar experimentalmente o funcionamento de um extrator Soxhlet na extração de um óleo fixo de tecidos vegetais (castanha de caju, milho, noz moscada, etc.). Procedimento: (detalhamento a ser apresentado pelo instrutor). Discussão 1. Quais são os dois principais métodos para extrair grosseiramente um produto natural de materiais biológicos? 2. Aponte três analogias entre óleo fixo e óleo volátil. 3. Às vezes um produto natural pode ser isolado macerando a fonte natural em água e extraindo a solução aquosa com um solvente diferente. Qual afirmação não é uma propriedade necessária de

Parte II. Isolamento do Eugenol a Partir do Cravo da Índia Objetivo: Isolamento de óleos essenciais de tecidos vegetais (especiarias) por destilação com arraste de vapor (eugenol). O cravo da Índia contém entre 14% a 20% p/p de óleo essencial, cujo principal constituinte é o eugenol. Em menores quantidades, estão presentes também o acetato de eugenila e o sesquiterpeno cariofileno (Figura 6).

Procedimento Nota: para simplificação o sistema mostrado na Figura 3 foi ligeiramente modificado. Montar um aparato para destilação simples, usando um balão de 250 mL. Colocar 5,0 g de botões de cravo da Índia (preferivelmente pulverizados) no balão de destilação, e adicionar 150 mL de água. Aquecer suavemente o balão em banho de óleo (mantido a cerca de 140ºC!) sob agitação magnética, até que sejam recolhidos cerca de 100 mL do destilado em um Erlenmeyer de 125 ml.. Transferir o destilado para um funil de separação e extrair com 2 x 10 mL de diclorometano. Desprezar a fase aquosa. Secar o extrato orgânico combinado com sulfato de sódio anidro. Decantar a solução orgânica para um béquer previamente tarado e evaporar o solvente em banho-maria (capela!). Pesar o óleo residual e calcular seu rendimento percentual em relação à quantidade original de cravo

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utilizada. 1. Em que categoria geral de produtos naturais se enquadram as essências? 2. Consulte nos catálogos (Index Merk, Handbooks, etc.) o ponto de ebulição do eugenol. 3. Baseado no peso original de cravo, calcular a porcentagem de recuperação do eugenol, considerando que as impurezas presentes no extrato são insignificantes. 4. Comente sobre a eficiência da montagem alternativa utilizada no processo de extração do eugenol. 5. Por que a destilação por arraste de vapor é preferida à destilação simples quando se trata de óleos essenciais? 6. Por que um sistema heterogêneo, como água e óleo essencial, destila a uma temperatura abaixo de 100oC? 7. Os constituintes de um óleo essencial particular podem ser separados por destilação fracionada a pressão reduzida, cristalização ou cromatografia. Supondo que, com óleo essencial de cravo, nenhum dos procedimentos acima citados poderia ser adotado para separar os seus componentes (eugenol e acetato de eugenila). Experimento No. 11

Determinação de pH O conhecimento do potencial hidrogênio iônico de uma água permite o monitoramento do poder de corrosão, da quantidade de reagentes necessário à coagulação, do crescimento de microrganismos, do processo de desinfecção, que tem a finalidade de reduzir o nível dos microrganismos e se água em relação ao pH se enquadra dentro das legislações pertinentes. Material: 3 béqueres de 100 mL 1 pisseta 1 potenciômetro (peagâmetro) 1 papel absorvente ( papel filtro ou papel higiênico). Procedimento:

1. Ligue o aparelho e deixe-o em aquecimento durante 20 minutos. 2. Lave o eletrodo com água destilada e enxugue com papel filtro ou papel higiênico. 3. Ajuste o ponteiro do potenciômetro ao valor do pH do tampão abaixo de 7, por exemplo, pH =

4. 4. Lave novamente o eletrodo com água destilada e enxugue com papel absorvente. 5. Teste o aparelho e o ponto de referencia com o tampão de pH acima de 7 ou 7, repetindo as

operações dos itens 3 e 4. 6. Lave cada uma das amostras ao aparelho, sempre lavando o eletrodo com água destilada

enxugando-o com papel absorvente após a medida de pH de cada amostra.

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Phmetro Digital de Bancada Microprocessado pHmetro microprocessado de bancada, medições em pH e mV.

Experimento No. 12

Determinação da acidez Acidez total representa o teor de dióxido de carbono livre, de ácidos minerais, de ácidos orgânicos e sais de ácidos forte, o quais na hidrólise produzem íons de hidrogênio para a solução. As águas naturais, em geral, tem uma reação alcalina, porém, acidez não é necessariamente indesejável. A importância da determinação da acidez se prende ao fato de que sua variação brusca pode caracterizar o lançamento de algum resíduo industrial. A maioria das águas é considerada alcalina, embora possa conter gás carbônico, ou seja, a água pode apresentar ao mesmo tempo, acidez e alcalinidade. O gás carbônico será responsável pela acidez das águas naturais. Já a acidez mineral e acidez orgânica é resultante de resíduos industriais. A acidez apresenta como inconveniente a corrosividade, em função deste fato, ressalta-se que uma água utilizada na industria deva apresentar um pH acima 8,3, pois acima deste pH não existe mais gás carbônico, reduzindo sua agressividade.

H2CO3 ---------� HCO3-

pH = 4,6 pH = 8,3 Material: 2 erlenmeyers 2 provetas graduada de 100 mL 2 beckeres de 250 mL 1 pisseta 1 suporte de bureta 1 bureta de 50 mL garra para bureta

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1 funil Reagentes: - 250 mL de hidróxido de sódio – NaOH 0,01N - 3 a 4 gotas de fenolftaleína - C20H14O4 Preparação de soluções: I) Preparar a solução de NaOH 0,01 N - Fazer o cálculo de quanto é a massa de soluto que irá pesar: N =__m1__ E . V E = massa molar do soluto E = 23 + 16 + 1 = 40 equivalente-gramas No. de OH 1 Cálculo de massa de soluto (m1): N =__m1__ 0,01 = m1______ E . V 40 . 0,25 m1 = 0,01 . 40 . 0,25 m1 = 0,1 g Cálculo de massa da solução, sendo a pureza 99% 0,1 g ----------- 99% X = 0,1 . 100 X -------------- 100% 99 X = 0,101 g - Pesar 0,101 g de NaOH na balança analítica, dissolver em Becker e transferir em balão volumétrico, aferir até o menisco de 250 mL. Identificar o balão volumétrico. II) Preparação da solução de fenolftaleína 100 mL: Dissolve-se 1 g de fenolftaleína - C20H14O4 em 60 mL de álcool e dilui-se com água até 100 mL. Esta solução é sensível aos ácidos, portanto, é também, usada para identificação de gás carbônico. Pode-se usar esta solução ara titulação de solução alcoólica no caso de titular os ácidos inorgânicos e orgânicos fracos com álcalis fortes, mas não se pode usar para titulação de álcalis fraco, como amônia com ácidos fortes. pH Cor 8,3 Incolor 9,8 Vermelha Procedimento: 1) Colocar no erlenmeyer 100 mL de amostra de água, medidos em uma proveta. 2) Juntar 3 a 4 gotas de fenolftaleína no erlenmeyer. 3) Carregar a bureta com NaOH 0,01 N. 4) Titular com NaOH 0,01 N até viragem ao róseo, permanente por 30 segundos no mínimo.

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Se a água ficar rósea ao adicionar a fenolftaleína sua acidez nula. 5) Cálculos: X (ppm de acidez em CO2) = NB . V(mL) . fc . Eq-gA . 100 V amostra NB= normalidade da base Fc = fator de correção da base Eq-gA = equivalente-grama do ácido V(mL) volume gasto de NaOH na titulação Questões:

1) O que causa acidez em águas minerais? 2) Qual o componente que causa a acidez? 3) Escreva a reação que ocorre na titulação. 4) Como se prepara uma solução de NaOH 0,1N em 100 mL de solução? 5) Em ambientes poluídos que tipos de ácidos são encontrados? Podemos utilizar o mesmo

método para sua determinação?

Experimento No. 13

Determinação de cloro residual e da demando de cloro Conhecer o teor de cloro ativo que permanece após a definição (cloração) da água, permite garantir a qualidade microbiológica da água, ou seja, se ela está em condições de uso.

Os derivados de cloro são usados como desinfetante a uma concentração inferior a 1 mg / L. Mostrou-se que, a água que contem uma concentração de 50 mg / L em cloro residual pode ser consumida sem nenhum perigo (ANDRADE e MARTYN, 1993). A Lei 1469 (BRASIL,2001) em seu Art. 13º, cita que após a desinfecção, a água deve conter o teor mínimo de cloro residual livre de 0,5 mg/L, sendo obrigatória a manutenção de, no mínimo, 0,2 mg/L em qualquer ponto da rede de distribuição. Recomenda-se que o teor máximo de cloro residual livre, em qualquer ponto do sistema de abastecimento, seja de 2,0 mg/L.

Quando se decide tratar a água de uma indústria de alimentos com um derivado clorado, deve-se saber que somente o uso continuo da água clorada trará todas as vantagens, por evita a proliferação de microorganismos. Normalmente, se recomenda concentração de 4 a 7 ppm de cloro residual durante o ciclo principal de trabalho. Para a limpeza geral, recomenda-se concentração de 15 a 25 ppm. A água de resfriamento de produtos autoclavados deve conter um residual de 4 a 7 ppm (ANDRADE e MARTYN, 1993).

Cloro ativo: é a quantidade de compostos oxi-clorados (que tem oxigênio e cloro. Ex: ClO2), de íons oxi-clorados (Ex.: ClO-). Esta definição e Cloro livre são utilizadas muitas vezes com o mesmo significado.

Cloro livre : cloro livre é a soma de todas as espécies elementares do cloro: Cl2, ácidos clorados (HClO) íon hipoclorito ClO-, etc. Tem maiores poderes oxidantes e desinfetantes.

Cloro residual: é a quantidade de cloro medida após a desinfecção (perda de cloro) e é usada como medida de segurança.

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Cloro total: é a soma de todos os compostos contendo Cloro (livres e ligados). Consumo de cloro ou demanda de cloro: é a quantidade mínima necessária de cloro para promover a desinfecção da água.

Consumo de cloro ou demanda de cloro: é a quantidade mínima necessária de cloro para promover a desinfecção da água.

Perda de Cloro: refere-se à quantidade consumida em geral durante a desinfecção. É a diferença entre a quantidade dosada ou adicionada à água e a quantidade de cloro analisada após o tempo de reação. Objetivo: conhecer o teor de cloro ativo que permanece após a cloração da água, a 20º.C. Material : 2 erlenmeyers 1 bureta de 50 mL balão volumétrico de 250 mL Termômetro Becker de 250 mL Reagentes: Cristais de iodeto de potássio – KI Solução de amido 1 % Ácido acético concentrado – H3CCOOH Solução de tiossulfato de sódio – Na2S2O3 0,001N Procedimento:

1) Controle a temperatura da amostra para 20º.C. 2) Coloque 200 mL de amostra em erlenmeyer de 250 mL ou de 500 mL, adicione alguns cristais

de Ki, 1 mL de ácido acético concentrado, e 1 mL de solução de amido a 1%. 3) Titule com solução de tiossulfato de sódio - Na2S2O3 0,001N, até que a cor azul desapareça. 4) Calcule o cloro residual pela expressão: ppm cloro residual = V(mL) Na2S2O3 x 0,1773.

Experimento No. 14

Determinação de cloretos O conhecimento do teor de cloretos das águas tem por finalidade obter informações sobre o seu grau de mineralização ou indícios de poluição, como esgotos domésticos e resíduos industriais. Material : 2 erlenmeyers bureta de 50 mL suporte para bureta 1 funil 2 beckeres

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2 proveta de 100 mL Reagentes Solução de nitrato de prata - AgNO3 0,01 N Solução de cromato de potássio – K2CrO4 a 5% Carbonato de cálcio – CaCO3 Procedimento:

1) Colocar num erlenmeyer 100 mL de amostra de água, juntar uma pitada de carbonato de cálcio e 4 a 5 gotas de cromato de potássio.

2) Faça paralelamente uma prova em branco, afim de melhor visualizar o ponto final da titulação, por comparação, substitua o volume da água em amostra por igual volume de água destilada. Anote o volume gasto nesta titulação.

3) Titule o primeiro erlenmeyer com o nitrato de prata até que apareça uma cor parda clara (tijolo discreto ou avermelhada) persistente.

4) O V (mL) utilizado no cálculo será dado pela diferença entre o volume gasto para titular a amostra menos volume gasto na titulação com o branco.

Cálculos: V(mL) = VA – VB VA = mililitros de AgNO3 gasto com a amostra VB = mililitros de AgNO3 gastos com o branco X (ppm de cloreto expresso em NaCl) = NB . V(mL) . fc . Eq-gA . 1000 V amostra X(ppm de cloreto expresso em NaCl) = 0,01 . V(mL) . fc . 58,45 . 1000 100 X(mg de cloreto/L expresso em Cl-) = 0,01 . V(mL) . fc . 35,45 . 1000 100 Segundo o padrão de água potável da Portaria 1469, de 29 de dezembro de 2000, do Ministério da saúde (Brasil, 2001), ressalta que cloretos podem existir uma concentração de até 250 mg Cl-/L, em águas potáveis. Quanto ao uso em caldeiras, de média pressão, os limites de cloretos não devem exceder a 50 mg Cl-/L. Em águas minerais são aceitos níveis de até 100 mg de Cl-/L. Reações: NaCl + AgNO3 --------� AgCl + NaNO3 2AgNO3 + K2CrO4 ------� Ag2CrO4 + 2KNO3 Questões:

1) Pesquisar sobre a Padrão de água potável da Portaria 1469, de 29/12/2000, norma de consumo humano.

2) Qual a função de cloro ativo em águas potáveis? 3) Por que se determina cloreto em águas? 4) O que são cloroaminas?

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5) Explique a função do cloro em águas.

Experimento No. 15

Determinação do oxigênio dissolvido O oxigênio dissolvido (OD) indica o grau de arejamento da água. É um excelente indicativo da qualidade da água. A presença de oxigênio dissolvido é de importância vital para os seres aquáticos aeróbios. A introdução de OD no recurso hídrico ocorre através da fotossíntese, da ação de aeradores ou do próprio contato do ar atmosférico. O teor de O2 na água varia principalmente com a temperatura e com altitude. Quanto maior sua concentração, melhor a qualidade da água. Este parâmetro é usado para verificar a quantidade das águas superficiais; o OD é o critério mais importante na determinação das condições sanitárias das águas superficiais. Avalia o efeito de despejos oxidáveis (de origem orgânica) no recurso hídrico, serve como indicador das condições de vida na água e para avaliar o processo de auto purificação. A redução da matéria orgânica pela ação das bactérias, se dá pela utilização do OD pelos microrganismos, logicamente, a reposição se dá através da fotossíntese ou próprio contato com ar. A ausência de O2, num corpo d´água, permite a vida dos microrganismo anaeróbios, que se caracterizam por não possuírem a enzima superóxido dismutase, que degrada radicais tóxicos, que se originam com a presença de oxigênio. O método mais usado é de Winkcler, com alternativas de modificações, dependendo da presença de eventuais interferentes (os mais comuns são os nitritos, sais de Fe3+, S2-, Fe2+, SO3

2-, etc.). é uma reação de iodometria, o método não modificado usa o sulfato manganosos em meio alcalino que na presença de OD, o manganês é oxidado a uma Valencia mais alta, formando um precipitado marrom. Nesta fase, se o precipitado formado for branco, indica ausência de oxigênio dissolvido. Na prática, a fase de formação do precipitado marrom, é conhecido como de “fixação”, pois o oxigênio dissolvido não mais reagirá com outras matérias presentes na amostra analisada. Podendo o frasco da amostra até ser transportado para o laboratório para das continuidade à análise. Após fixação do oxigênio, ocorrerá a adição de iodeto de potássio e ácido sulfúrico, para liberação de iodo elementar, que será titulado por uma solução de tiossulfato de sódio. Material: Frasco Erlenmeyers Provetas de 100 mL Pipetas graduadas de 5 mL Bastão de vidro Bureta de 50 mL 2 Beckeres 2 placas de petri Reagentes: Acido clorídrico 50% Cloreto manganoso - MnCl2 80%

CETÉS – Análise Química Ambiental B 51

Goma de amido 1% Hidróxido de sódio – NaOH 30% Iodeto de potássio – KI 10% Tiossulfato de sódio - Na2S2O3 0,0125N Procedimento: 1) Com cuidado colha a amostra no frasco de rolha esmerilhada, enchendo-o totalmente. 2) Coloque o frasco dentro do recipiente (placa de petri ou travessa pyrex), destampe-o, e com a

ponta da pipeta mergulhada na amostra, coloque 1 mL de cloreto manganoso 80%. 3) Limpe a pipeta externamente com papel toalha, antes de mergulhar a pipeta a amostra. 4) Do mesmo modo, adicione na amostra 1 mL de hidróxido de sódio 30%. 5) Tampe o frasco com a amostra, limpe externamente com papel toalha, homogeneíze, com

inversões, deixe decantar por 5 minutos. 6) Adicione uma pitada de KI ou 10-15 gotas de solução 10%. 7) Adicione 5 mL de ácido clorídrico. 8) Tampe o frasco, limpe externamente com papel toalha, e agite até completa dissolução do

precipitado. 9) Retire, do frasco com a amostra, uma alíquota de 100 mL e coloque no erlenmeyer. 10) Titule com tiossulfato de sódio, até alcançar um amarelo claro, adicione 1 mL de goma de

amido 1%, continue a titulação até descoramento total. 1 mL de Na2S2O3 N/80 SV= 1 mg/L de OD 1mL de Na2S2O3 N/40 SV = 2mg/L de OD

1) Qual é a quantidade de oxigênio dissolvido que deve conter em águas, segundo a legislação? 2) O que deve ser feito para oxigenar a água? 3) Qual a função de cada reagente utilizado no experimento? 4) Como podemos evitar a evaporação do oxigênio em águas?

Experimento No. 16

Determinação de fósforo (fosfato e fósforo)

O fósforo é um elemento de destacada importância para a produtividade da água. sua concentração dentro dos organismos vivos é bem maior do que fora deles, se comparada com outros elementos. A ausência de fósforo pode ser o maior obstáculo ao incremento da produtividade da água (JAMES, 1985). Os íons nitrato e fosfato não normalmente os nutrientes limitantes do processo de eutrofização. Considera-se que um nível de fosfato de 0,02 mg/L previne a floração de algas, mas concentrações menores que 0,003 mg/L são nichos ecológicos deficientes em fósforo. Logo, o fósforo desempenha grande papel no processo de eutrofização e sua concentração em excesso pode levar a uma alta produção de fitoplâncton na água. A eutrofização é um equilíbrio que ocorre em rios e lagos que recebem efluentes sanitários, a palavra deriva do grego, significando bem nutrido. Caracterizando o crescimento exagerado de organismos aquáticos autotróficos ou autótrofos (organismo que absorvem energia diretamente da luz solar, ou seja, são fotossintetizantes), particularmente algas planctônicas (o fitoplâncton) e ervas aquáticas, as macrofilas.

CETÉS – Análise Química Ambiental B 52

Material : 2 erlenmeyers 1 bureta de 50 mL suporte para bureta 1 funil 2 beckers proveta de 100mL Reagentes: Solução de acido sulfúrico – H2SO4 Solução de molibdato de amônio – (NH4)6Mo7O24.4H2O Solução de cloreto estanoso – SnCl2 Formol Solução de fosfato biácido de potássio – KH2PO4 Solução de acido clorídrico – HCl Procedimento:

1) Retirar 100 mL da amostra e colocar em um erlenmeyer. 2) Em outro erlenmeyer, coloque 100 mL de água destilada. 3) Adicionar em cada erlenmeyer 5 mL de solução de ácido sulfúrico. 4) Adicionar em cada erlenmeyer 10 gotas de NH4)6Mo7O24.4H2O. 5) Agitar durante alguns segundos. 6) Acrescentar nos dois erlenmeyers 10 gotas de SnCl2, aguardar 5 minutos. 7) No erlenmeyer com a amostra vai surgir coloração azul maior intensidade que no erlenmeyer

com água destilada. 8) Coloque na bureta a solução de KH2PO4, adicione esta solução no erlenmeyer com água

destilada até observar o aparecimento da coloração de intensidade idêntica a obtida no erlenmeyer da amostra.

Cálculos: mg de PO4

3-/L = 0,3067 x V Mg de PO4

3-/L = 0,3067 x V V = volume necessário para obtenção da mesma tonalidade da cor nos erlenmeyers. mg de P?L = 0,1 x V Preparo das soluções: 1) Solução de fosfato de biácido de potássio

Para 1L, pese exatamente 0,4395 g de fosfato de biácido de potássio, dissolva em 500 mL de água destilada, transfira analiticamente para balão de 100 mL, adicione 5 mL de formol e complete o volume com água destilada. 2) Solução de ácido sulfúrico em álcool.

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Em balão volumétrico de 250 mL, acrescente 42 g de H2SO4, utilize a densidade e o teor de pureza do ácido para calcular o volume correspondente, adicione 84 mL de álcool etílico, complete o volume com água destilada. 3) Solução de molibdato de amônio – (NH4)6Mo7O24.4H2O

Em balão volumétrico de 100 mL, coloque 5 g de molibdato de amônio – (NH4)6Mo7O24.4H2O, complete o volume com água destilada, aquecida (em torno de 70º.C). 4) Solução de cloreto estanoso

Em um balão volumétrico de 100 mL, coloque 1,6 g de cloreto estanoso. Dissolver em um pouco de HCl, agite e complete o volume com água destilada até 100 mL.

Esta solução tem validade por 2 dias, como o volume utilizado é pequeno, pode-se preparar um menor volume da solução, antes do uso deve-se agitar até completa homogeneização. Questões:

1) O que causa a eutrofização? 2) Como se identifica a eutrofização? 3) O que é eutrofização? 4) Que tipo de biorremediação poderia utilizar para diminuir o fosfato em águas naturais? 5) Qual a importância do fósforo e fosfato para plantas e animais? 6) A eutrofização pode ser benéfica? 7) Quais são outras técnicas para diminuir fosfato em águas? Experimento No. 17

IDENTIFICAÇÃO E SEPARAÇÃO DE CÁTIONS ENSAIOS DE CHAMA

Introdução Teórica:

Neste ensaio, ocorrem as interações atômicas através dos níveis de energia quantizada. Considerando o átomo de potássio, onde

19K = 1s

2

2s2

2p6

3s2

3p6

4s1

, o elétron 4s1

é o mais externo,

sendo que esse pode ser facilmente elevado para o 4p, ocorrendo a excitação eletrônica. O elétron

excitado apresenta tendência a voltar ao seu estado normal, 4s1

Nem todas as transições previstas são possíveis, algumas não são permitidas pelas regras de seleção

da mecânica quântica. Como o elétron 3s não pode ser elevado ao 4s, o 4s ao 5s, etc.

Procedimento Experimental: Previamente, neste ensaio, deve-se limpar bem o fio de platina ou níquel-cromo com ácido

clorídrico, molhando a sua extremidade no HCl concentrado, contido em um vidro de relógio e,

então, aquecer na zona mais quente da chama do Bico de Bunsen, até obter uma chama limpa, sem

cor característica.

A análise da amostra é desenvolvida, mergulhando-se o fio de platina no ácido clorídrico e, após,

numa porção da substância a ser analisada, levando-se na zona oxidante inferior da chama. Através

da coloração adquirida na chama, podemos caracterizar o tipo de cátion existente na amostra.

Para analisar outra amostra, deve-se limpar bem a platina novamente, seguindo os procedimentos

acima, após analisar a outra amostra.

CETÉS – Análise Química Ambiental B 54

SEPARAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DOS CÁTIONS DO GRUPO I: Ag

+

, Pb2+

e Hg2

2+

Os íons deste grupo são precipitados na forma de cloretos insolúveis pela adição de um ligeiro

excesso de HCl. O cloreto mercuroso é o menos solúvel dos três. O cloreto de chumbo, entretanto,

tem apreciável solubilidade em água, e por isso não é completamente removido na precipitação do

grupo I.

Procedimento Experimental: 1) Colocar 10 gotas de solução de cátions em um tubo de ensaio e adicionar 10 gotas de HCl 6

mol/L.

2) Centrifugar. Verificar se a precipitação foi completa pela adição de 1 gota de HCl 6 mol/L ao

sobrenadante, caso positivo, adicionar mais HCl e centrifugar novamente.

3) Adicionar 2 mL de água destilada contendo 3 gotas de HCl 6 mol/L.

4) Agitar bem, centrifugar e separar o sobrenadante para análise dos demais cátions (grupos

II, III e IV), caso necessário, se não, deve desprezá-lo.

5) Ao precipitado, repetir o procedimento de lavagem (água + HCl) do mesmo modo,

centrifugar. O precipitado será denominado Precipitado I.

CETÉS – Análise Química Ambiental B 55

6) Ao Precipitado I, adicionar cerca de 4 mL de água destilada e aquecer em banho-maria

durante 3 min, agitando constantemente.

7) Centrifugar, decantar e separar o líquido sobrenadante (que pode conter Pb2

)em um tudo

de ensaio, do precipitado (denominado Precipitado II) (que pode conter Ag+

ou Hg2

2+

). Ao tubo

de ensaio, adicionar 2 gotas de ácido acético 6 mol/L e 4 gotas de K2CrO

41 mol/L. Observar e

anotar.

8) No tubo de ensaio, após a centrifugação, o aparecimento de um precipitado amarelo indica

a presença de Pb 2+

.

9) Ao Precipitado II, lavar com 4 mL de água destilada e aquecer em banho-maria, centrifugar,

descartar o sobrenadante.

10) Ao precipitado lavado, adicionar 2 mL de NH4OH 6 mol/L e agitar bem.

11) Centrifugar: separar o sobrenadante (que pode conter Ag+

12) Ao líquido sobrenadante, retirado do item 11, adicionar 3 mL de HCl 6 mol/L e o

aparecimento de um precipitado branco indica a presença da prata.

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Experimento No. 18. CONSTRUÇÃO DA CURVA DE SOLUBILIDADE DE UM SAL

Objetivo: Construir a curva de solubilidade de um sal, através de dados experimentais. Concluir sobre a influência da temperatura na solubilidade de substâncias sólidas. Procedimento: 1 – Colocar 20 mL de água destilada numa proveta de 50 mL 2 – Pesar 20 g de dicromato de potássio e colocar cuidadosamente na proveta do item anterior. 3 – Usando uma bagueta, agitar cuidadosamente a mistura, procurando retirar todo o sal sólido das paredes da proveta. 4 – Colocar a proveta dentro de um béquer de 500 mL contendo água de tal forma que a mistura da proveta fique imersa na água, e colocar o sistema numa tela de amianto sobre um tripé. 5 – Colocar um termômetro dentro da proveta e agitar suavemente (sem bate-lo contra as paredes da proveta), até o termômetro entrar em equilíbrio térmico com o líquido. 6 – Retirar o termômetro de dentro do sal e, com o bulbo imerso na fase líquida, medir a temperatura e o volume de sal depositado no fundo do recipiente (procurar, com o termômetro, deixar reta a superfície do sal depositado). 7 – Transferir estas leituras para a primeira linha do quadro abaixo:

LEITURA

A

B

C (item B x 1,48)

D (20 – item C)

E (item D x 5)

ºC

Cm3 de sal depositado

Massa não dissolvida em 20 g de água

Massa dissolvida em 20 g de água.

Massa dissolvida em

100 g de água

1

2

3

4

5

6

7

8 – Agora, acender o bico de Bunsen e aquecer a água do béquer com a proveta no seu interior

para aproximadamente 60ºC acima da temperatura do item anterior. 9 – Quando a temperatura da mistura do sal estiver aproximadamente 60ºC acima da leitura já feita, desligar o gás, homogeneizar com a bagueta a mistura do sal, colocar na mesma o termômetro e medir a temperatura da solução e o volume de sal não dissolvido. 10 – Transferir os valores obtidos para o item 7 da tabela de leitura. 11 – Agora, cuidadosamente, resfriar a água do béquer em aproximadamente 10ºC, a fim de resfriar o conteúdo da proveta. Se necessário, retirar um pouco de água quente e substituir por água fria. 12 – Homogeneizar bem (com a bagueta) o conteúdo da proveta; colocar o termômetro, esperar 30 segundos e medir a temperatura e o volume de sal não dissolvido.

CETÉS – Análise Química Ambiental B 58

13 – Da maneira utilizada até agora, preencha os itens 5, 4, 3 e 2 da tabela de leitura (cada uma inferior a aproximadamente 10°C da leitura anterior) e o volume de sal depositado correspondente a cada temperatura. 14 – Após isso, está terminada a fase experimental. DADOS FINAIS:

Temperatura (°C)

Solubilidade

(g K2Cr2O7 / 100 g de água)

Lançar os valores acima no papel milimetrado. Unir os pontos por uma curva e não por uma linha quebrada. Se a curva não passar por todos os pontos do gráfico, deve-se deixar aproximadamente igual número de pontos à direita e à esquerda. QUESTÕES:

1) O que se observa durante o aquecimento da solução?

2) E durante o resfriamento?

3) Usando a curva de solubilidade que você construiu, calcule: a) A massa de dicromato de potássio que pode ser dissolvida em 50 g de água a 48°C. b) A massa de água necessária para dissolver 12 g deste sal a 32°C. c) A massa de dicromato de potássio que dissolve em 245 g de água a 50º.C?

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Anexo:

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Experimento No. 19 SUPERSATURAÇÃO

Objetivo: Preparar solução supersaturada e analisar condições para obtê-la. Procedimento: Colocar 5 g de tiossulfato de sódio em um tubo de ensaio e acrescentar 1 mL de água. Agitar. Observar se há mudança de temperatura, segurando o tubo com a mão. Aquecer o tubo de ensaio até a dissolução do sal. Manter o tubo inclinado durante o aquecimento. Retirar o tubo do aquecimento, tampar com algodão e deixar no suporte para tubos de ensaio até a temperatura voltar a ambiente. Não mexer!!! Retirar o algodão sem agitar o sistema e introduzir um pequeno cristal de tiossulfato no tubo. Observar. Com a mão, verificar se há mudança de temperatura. Questões para discussão: 1) Complete os desenhos e a tabela abaixo, indicando o tipo de solução obtida em cada etapa do

procedimento e as respectivas temperaturas (ambiente ou maior que a ambiente). Temperatura

Classificação da solução

2) É possível preparar solução supersaturada à temperatura ambiente? 3) Por que o resfriamento deve ser lento? 4) A dissolução é um processo endotérmico ou exotérmico? E a cristalização? Explique.

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Experimento No. 20

EXTRAÇÃO DO ÓLEO DE AMENDOIM OU ERVAS MEDICINAIS

Objetivo: Extrair uma substância de um composto sólido (lixiviação) com o extrator Soxhlet. Extrator Soxhlet O extrator Soxhlet é muito utilizado para a extração de gorduras e óleos de sementes; produtos alimentícios e substâncias impregnadas. No caso de sementes, é necessário esmagá-las em um almofariz antes da extração, tanto quanto possível. O solvente a ser utilizado depende da substância a ser extraída. Quando se utilizam solventes inflamáveis, como éter etílico ou éter de petróleo, o aquecimento não pode ser feito com a chama do bico de bunsen, deve ser elétrico. Para solventes com elevados pontos de ebulição como álcool, benzeno e os hidrocarbonetos clorados, pode-se usar o bico de Bunsen sob a tela de amianto. A velocidade de extração é controlada pelo ajuste da temperatura. Após a extração do material, pode-se efetuar a remoção do solvente através do próprio aparelho de Soxhlet. Muitas substâncias extraídas são apreciavelmente voláteis a 110ºC (óleos, por exemplo). Portanto, nesses casos a extração é habitualmente realizada com solventes de baixo ponto de ebulição, como o éter etílico ou o éter de petróleo. Pode era aplicados para extração de óleos e gorduras do esgoto. Procedimento Experimental

1 – Pese, em um vidro de relógio, 50 g de amostra previamente triturada. 2 – Transfira a amostra para o cartucho de extração. 3 – Cubra o cartucho com um pedaço de algodão e coloque-o no copo Soxhlet. 4 – pese um balão limpo e coloque nele uma quantidade de solvente tal que encha o copo

acima do sifão. 5 – Faça a montagem da figura:

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6 – Ligue o aquecimento e inicie a extração. 7 – Deixe extraindo por 1 hora. 8 – Desligue o aquecimento e deixe esfriar o sistema. Retire o cartucho e monte novamente a aparelhagem. 9 – Recupere o solvente do seguinte modo:

• Ligue o aquecimento e deixe-o ligado até que o extrator esteja cheio e haja o sifonamento. Desligue o aquecimento.

• Deixe esfriar, desconecte novamente o balão condensador, incline o copo Soxhlet e deixe o solvente escorrer para dentro do recipiente de recuperação.

10 – Desmonte a aparelhagem e leve o balão com o óleo em aquecimento em banho-maria até evaporação total do restante do solvente. Pese o conjunto, depois de frio. Responda: 1) Qual o princípio de funcionamento do aparelho extrator Soxhlet?

2) Calcule o rendimento do processo.

3) Qual a origem dos óleos e gorduras em esgotos?

4) Que processo operacional retira óleos e gorduras de esgoto?

5) Como o solvente pode ser recuperado?

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Anexos de outros experimentos:

SABÃO NEUTRO OU SABÃO DE ALCOOL = 1 sabão

40g de Gordura Animal 18 mL de Óleo de Soja 10 g de Soda 30 mL de Água morna 50 mL de Álcool

Derreter a gordura.

Acrescentar o óleo de soja

Esperar esfriar um pouco. Juntar o álcool, a soda (dissolvida em um pouco de água) e o restante da água.

O álcool pode ser substituído por cachaça. Não se deve usar vasilhas de alumínio.

A água que será utilizada no sabão pode ser suco ou chá das seguintes plantas: folha de mamão; raiz de guanxuma, eucalipto cidró, hortelã, bardana, tanchagem e babosa.

Se você quiser:

Sabão para limpeza (roupa, cozinha, etc.) use folha de mamão e raiz de guanxuma.

Sabão desinfetante para limpeza de utensílios (tachos, outros vasilhames, estrebaria, etc.), use: eucalipto cidró, hortelã, própolis (2 colheres de tintura).

Pode também ser usado como sabonete:

• Sabão medicinal para queda de cabelo e problemas de pele, use: bardana e calêndula • Escurecer cabelo, use: babosa • Clarear cabelo, use: camomila • Para uso diário na higiene pessoal, escolha entre: babosa, própolis, bardana, camomila ou

tanchagem

Você pode também fazer esta receita e depois juntar 5gr do sabão pronto ralado com 2,5 mL de suco de uma destas plantas, levar ao fogo até derreter, colocar em forma, deixar esfriar e cortar em pedacinhos.

SABÃO FRIO

12mL de água 10g de farinha de milho

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10g de soda 40g de sebo cozido

Derreter o sebo num tacho ou recipiente grande. Dissolver a farinha de milho em 60mL de água. Dissolver a soda nos outros 60mL de água. Misturar tudo e mexer por 40 minutos. Colocar em formas, deixar secar e cortar.

SABÃO DE ABACATE

50g de massa de abacate 5g de sebo derretido ou banha 4 g de soda comercial 1,5 g de breu (encontrado em ferragens ou casas de produtos químicos)

Colher o abacate com cuidado para não machucá-lo e guardá-lo à sombra, até que fique maduro. Após maduro, cortar o abacate ao meio e separar o caroço e a casca da massa. Colocar toda a massa numa vasilha bem limpa e acrescentar a soda, sebo ou banha e o breu. Mexer por uma hora. Colocar numa caixa forrada com plástico e deixar 24 horas para secar (dependendo da umidade do ar, algumas vezes é necessário deixar mais tempo). Cortar em barras. Para maior consistência, acrescentar 2 a 3 colheres de sopa de farinha de milho ou cinzas.

SABÃO DE ERVAS

100g de gordura 50g de sebo derretido 50g de óleo de cozinha (usado), banha ou gordura de galinha derretida. 20g de soda 80 mL de álcool 80 mL de água ou suco de ervas (tanchagem, babosa, capuchinha, trapoeraba, confrei, calêndula, macaé, eucalipto)

Triturar as ervas e coar. Esquentar o sebo junto com o óleo. Misturar, fora do fogo, o álcool no sebo quente. Misturar a soda com água ou suco de ervas em recipiente não corrosivo. Acrescentar o sebo com o óleo nesta mesma mistura. Misturar bem até espumar. Colocar nas formas. Deixar esfriar e estará pronto para cortar.

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SABÃO DE MILHO

120 mL de água 10g de soda cáustica 40g de banha ou sebo 10 g de farinha de milho

Misturar em uma bacia 60 mL de água fervida com a soda cáustica. Acrescentar a banha ou sebo. Desmanchar a farinha de milho nos outros 60 mL de água fria.

Adicionar à mistura anterior e mexer bastante, durante 15 minutos. Despejar a massa numa caixa forrada com plástico. Deixar descansar 3 dias antes de usar.

SABÃO DE CINZA

5 Kg de Sebo 2,5 Kg de Cinzas 5 litros de Água 0,5 Kg de Soda Cáustica

Derreter o sebo em fogo lento até ficar uniforme. Ferver as cinzas juntamente com a água por 4 horas. Deixe a cinza assentar e use somente a água para juntar com o sebo. Mexer bem. Juntar devagar a soda, já fora do fogo, e mexer bem até dissolver. Colocar em formas.

A cinza tem um alto poder de branquear. Para clarear toalhas de prato, colocá-las de molho, ensaboadas, em um balde com uma "trouxinha" de cinzas. Lavar normalmente no dia seguinte.

PROPRIEDADES DO SABÃO Ao contrário do que se pensa, o sabão por si só não limpa coisa alguma. Essa aparente contradição pode ser entendida quando se sabe que os detergentes - entre os quais a forma mais simples e conhecida é o sabão - são agentes umectantes que diminuem a tensão superficial observada nos solventes, permitindo maior contato dos corpos com os líquidos, que realmente limpa. O sabão é obtido fazendo-se reagir ácidos graxos com óleos, numa reação chamada saponificação. Os ácidos graxos normalmente usados são o oléico, o esteárico e o palmítico, encontrados sob a forma de ésteres de glicerina (oleatos, estearatos e palmitatos) nas substâncias gordurosas. A saponificação é feita à quente. Nela a soda ou potassa atacam os referidos ésteres, deslocando a glicerina e formando, com os radicais ácidos assim liberados, sais sódicos ou potássicos. Esses sais são os sabões, que, passando por um processo de purificação e adição de outros ingredientes, transformam-se nos produtos comerciais. Os sabões produzidos com soda são chamados de duros, e os produzidos com potassa, moles. Embora a maior parte dos detergentes seja destinada à limpeza com água, existem alguns produzidos para limpeza com outros solventes, como no caso dos óleos para motores, onde a

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água não pode ser usada. Nesse caso, o sódio e o potássio são substituídos por metais, como o chumbo ou o cálcio. Os sabões e os detergentes possuem as mais diversas aplicações, que vão desde a limpeza doméstica até industrial. Sua tecnologia, pouco desenvolvida até 1934, evolui bastante a partir dessa época, tornando sua produção altamente industrializada.

Fig. 1 - À esquerda: Óleo quente e álcalis concentrados são misturados. Aquecida com vapor, a mistura sofre um processo químico chamado de saponificação. Centro: Salmoura fresca é adicionada a mistura, a fim de separar da solução o sabão formado. No fundo do recipiente acumula-se uma mistura de salmoura e glicerina, chamado de Barrela. A direita o sabão grosso é submetido à fervura para que todo o sal seja removido. Menos dura que os resíduos, sobrenada uma camada de sabão puro.

Fig. 2 - A molécula do sabão consiste em uma longa cadeia de átomos de carbono e hidrogênio (branco e preto) com átomos de sódio e oxigênio (azul e vermelho) em uma de suas pontas. Esta estrutura molecular é responsável pela diminuição da tensão superficial da água.

Os sabões e os detergentes são compostos de moléculas que contêm grandes grupos hidrocarbônicos, os grupos hidrofóbicos (que não tem afinidade pela água), e um ou mais grupos polares, os grupos hidrofólicos (que têm afinidade pela água). As partes não-polares de tais moléculas dissolvem-se em gorduras e óleos e as porções polares são solúveis em água. A capacidade de limpeza dos sabões e detergentes depende da sua capacidade de formar emulsões com materiais solúveis nas gorduras. Na emulsão, as moléculas de sabão ou detergente envolvem a "sujeira" de modo a colocá-la em um envelope solúvel em água, a micela (Fig. 3). Partículas sólidas de sujeira dispersam na emulsão.

CETÉS – Análise Química Ambiental B 67

Fig. 3 - Interface da micela com um meio polar. Emulsificação de óleo em água por sabões. As cadeias hidrocarbônicas não-polares dissolvem-se em óleo e os grupos iônicos polares em água. As gotículas carregadas negativamente repelem-se mutuamente.

Os sabões, mistura dos sais de sódio dos ácidos graxos em C12 e superiores, são ineficientes em água dura (água contendo sais de metais mais pesados, especialmente ferro e cálcio). Os sabões são precipitados da água dura na forma de sais insolúveis de cálcio ou ferro (note, por exemplo, o anel amarelado das banheiras). Por outro lado, os sais de cálcio e ferro de hidrogeno-sulfatos de alquila são solúveis em água, e os sais de sódio destes materiais, por exemplo,

CH3(CH2)10CH2OSO3-Na+(Lauril-sulfato de sódio)

conhecidos como detergentes, são eficientes mesmo em água dura. Estes detergentes contêm cadeias alquídicas lineares como as gorduras naturais. Como são metabolizados por bactérias nas estações de tratamento de esgotos, chamam-se detergentes biodegradáveis.

CURIOSIDADES

Os sabões são feitos pela saponificação de gorduras e óleos. Qualquer reação de um éster com uma base para produzir um álcool e o sal de ácido é chamada uma reação de saponificação. Um subproduto da manufatura de sabões é a glicerina, da qual pode-se obter a nitroglicerina, um poderoso explosivo. Durante a I e II Guerras Mundiais, as donas de casa guardavam o excesso de óleo e gorduras de cozinha e o devolviam para a recuperação da glicerina.

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Os detergentes e o problema da poluição: Nos EUA é ilegal a comercialização de detergentes não-biodegradáveis. No começo da década de 60 enormes quantidades de detergentes que continham cadeias alquídicas ramificadas estavam sendo usadas. Estes detergentes não eram degradados pelas bactérias e apareciam na descarga dos esgotos nos rios, fazendo com que mesmo os grandes rios como o Mississipi se tornassem imensas bacias de espumas. Vários detergentes muito eficientes não espumam em água. Embora os trabalhos de laboratório tenham mostrado que o grau de formação de espuma tem muito pouco a ver com a eficiência do detergente, mas as dona-de-casas geralmente associam a espuma com a eficiência. Por isto, os fabricantes freqüentemente adicionam agentes espumantes aos seus produtos.

QUESTÕES

1. O que são grupos hidrofóbicos e hidrofólicos? 2. Como ocorre o processo de eliminação da "sujeira" (gordura)? 3. Qual a finalidade de se adicionar ácido durante a preparação do sabão? 4. Comparar a aparência das duas emulsões realizadas no item 2.1. (Propriedades Emulsificantes).

5- Como chama reação de preparação de sabão? 6- Qual o pH ideal dos sabões que fazem espuma? 7- Qual a função do álcool e do NaOH? 8- O que é índice de saponificação?