dissertacao roge

7/24/2019 Dissertacao Roge

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UUNNIIVVEERRSSIIDDAADDEEFFEEDDEERRAALLDDEEJJUUIIZZDDEEFFOORRAA

MMEESSTTRRAADDOOEEMMEECCOOLLOOGGIIAAAAPPLLIICCAADDAAAAOOMMAANNEEJJOOEECCOONNSSEERRVVAAOODDEERREECCUURRSSOOSSNNAATTUURRAAIISS

PPRROOPPRRIIEEDDAADDEESSPPTTIICCAASS DDAAGGUUAAIdentificao de ContaminantesContidos por Espectroscopia de

Transmisso

OOrriieennttaaddoorraa::PPrrooffaaDDrraaMMaarriiaaJJoossVVaalleennzzuueellaaBBeellllMMeessttrree::RRooggAAssssiissLLiimmaa


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UFJF UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA

PGECOL- Programa de Ps-graduao em Ecologia Aplicada ao Manejo e

Conservao de Recursos Naturais

PROPRIEDADES PTICAS DA GUA

Identificao de Contaminantes Contidos por Espectroscopia de Transmisso

Rog Assis lima

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Ecologia da

Universidade Federal de Juiz de Fora, como parte dos requisitos necessrios

obteno do grau de Mestre em Ecologia Aplicada a Conservao e Manejo de

Recursos Naturais.

________________________________________________

Profa. Dra. Maria Jos Valenzuela Bell.

________________________________________________

Profa. Dra. Maria Cristina Andreolli Lopes.

________________________________________________

Prof. Dr. Arcilan Assireu.

JUIZ DE FORA - BRASIL

JANEIRO DE 2008


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LIMA, ROG ASSIS

Propriedades pticas da gua - Identificao de

Contaminantes Contidos por Espectroscopia de

Transmisso, [Minas Gerais] 2008

XVI 118p.29,7cm (Instituto de Cincias Biolgicas /

UFJF, M.Sc., PGECOL, 2008)

Dissertao Universidade Federal de Juiz de Fora,

PGECOL

1. gua

I. ICB/UFJF II. Ttulo (srie)


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Dedicatria

H pouco mais de quinze anos, ainda no sculo passado, Jeov Deus permitiu

que minha vida fosse acometida de uma interferncia to especial e brilhante quanto a

prpria vida que meus pais Cludio e Antnia me proporcionaram.

Desde esta ocasio, este acometimento vem sendo algo mais sublime,

duradouro e certo que j tive a oportunidade de presenciar e vivenciar at hoje. E

durante todos estes anos sempre tive esta bssola ao meu lado, enfrentando todos os

desafios e projetos que surgiam.Dedico todo este trabalho minha esposa Ana, que foi o maior suporte que eu

poderia ter, e tambm aos meus queridos filhos Juan Pablo e Isabella que apesar de

crianas tiveram maturidade suficiente para suportar minha ausncia.

Parabns, vocs permitiram que eu alcanasse mais este objetivo. Ns

conseguimos!

Amo Vocs!

Where there is a will, there will always be a way.

Onde h uma vontade, sempre haver um caminho.

Anonymous.


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iv

Agradecimentos

Agradeo a Jeov Deus pela vida e pela inteligncia que possibilitaram meu

crescimento interior.

Aos meus pais Cludio (em memria) e Antnia que dispensaram tempo de

suas vidas para me dar carinho e a educao moral que tenho.

A minha esposa Ana que durante toda esta empreitada foi magnfica com seu

amor e conselhos revitalizantes.

Aos meus lindos filhos Juan Pablo e Isabella que aceitaram minha ausncia

com maestria.

A minha orientadora Maria Jos que me aceitou incondicionalmente desde o

incio e acreditou que eu pudesse alcanar o objetivo dando-me as diretrizes

necessrias. Obrigado pelo voto de confiana.

A minha sogra Vivina, meu cunhado Ramon, minha irm Ray, ao Ronaldo esobrinhas pela torcida.

A Profa Dra Maria Cristina e Prof. Dr. Virglio pelos apoios constantes e

conselhos consistentes e pertinentes que recarregaram minhas baterias.

Ao Prof. Dr. Barone e Prof. Dr. Arthur pelos conselhos no saguo do Aeroporto

e que muito me fortaleceram.

Aos colegas do laboratrio de tica e dos departamentos de fsica e biologia

pelos momentos de comunho da vida acadmica e em especial ao amigo Alex

(Chapa quente).

Aos colegas da primeira turma de mestrado em Ecologia, em especial ao Z

Carlos e Theo e que comungam de pensamentos como este do Greenpeace:

Quando a ltima rvore tiver cado,Quando o ltimo rio tiver secado,

Quando o ltimo peixe for pescado,

Finalmente, vocs vo entender que:

Dinheiro no se come.

Greenpeace


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v

Resumo

A relevncia da composio da gua um fato indiscutvel e suas propriedades

so influenciadas pela presena ou no de substncias.

A gua pura uma substncia com caractersticas peculiares, mostrando

propriedades fsicas e comportamento bastante diferenciado. Por ser uma molcula

dipolara, e das foras intermoleculares do tipo pontes de Hidrognio, a gua apresenta

vrias propriedades anmalas. Seu ponto de ebulio deveria ser a -200 C, caso se

comportasse como as molculas com peso molecular semelhante. Outras

propriedades tambm se destacam como viscosidade, tenso superficial e calor

especfico em valores altos, alm de solubilidade de substncias polares, inicas e

tambm no inicas.

Estas caractersticas peculiares fazem com que ela seja usada como solvente

universal e desta forma acometida da descarga dos mais variados poluentes,industriais ou antropognicas. Resduos como metais pesados (Mg, Pb, Hg, Fe, Al,

Mn, Cd, Zn, Ni, Cr), cianetos, fenis, leos e graxas, amnia, sulfetos, coliformes

fecais e cianotoxinas.

Neste estudo analisamos amostras de gua destilada, potvel e contaminadas

a fim de obter a identificao de substncias nela contidos. Atravs das propriedades

pticas e baseando-se em espectros da prpria gua e das substncias, j realizados

por outras equipes cientficas, buscou-se detectar picos de absoro e emisso

caractersticos de componentes adicionados gua.

Utilizando a tcnica experimental da Espectroscopia de Transmissona regio

do infravermelho prximo (NIRb) e o conjunto tico do SPECORD 61NIR com

adaptaes perifricas necessrias, analisamos amostras de gua potvel, gua

destilada pura e intencionalmente contaminada com: Cloro, Potssio Fosfato

Monobsico, Nitrato de Sdio, Etanol, Fludo para Freio, Gasolina, leo Lubrificante e

leo Diesel.

Justificado pelos entraves tcnicos adjacentes a uma pesquisa, no foi possvel

identificar picos caractersticos de todas as substncias citadas, mas o estudo atingiu

objetivo geral de fornecer ferramenta cientfica para prximos estudos ecolgicosusando espectroscopia por absoro e emisso, e o especfico de identificar algumas

substncias adicionadas gua.

aOs dois tomos de hidrognio de um mesmo lado da molcula;bNear Infra Red;


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vi

Abstract

The relevance of the compound of water is an unquestionable fact and its

properties are influenced, or not, by the presence of certain substances.

Pure water is a substance with uncommon characteristics indicating physical

properties and a sufficiently differentiated behavior. For being a dipole molecule, of

hydrogen bonding intermolecular forces, water therefore presents several anomalous

properties. Its boiling point would have to be 200C, once its behavior as molecules of

similar molecular weight. Other properties should also be emphasized such as

viscosity, superficial tension and specific heat in elevated values, other than polar

substance solubility, ionic and also nonionic.

These peculiar characteristics define water as a universal solvent, and in this

matter attacked by the excretion of a great variety of industrial and anthropogenic

pollutants. Residues such as heavy metals (Mg, Pb, Hg, Fe, Al, Mn, Cd, Zn, Ni, Cr)Cyanides, Phenols, oils and lubricants, ammonia, sulfides, fecal coliforms, Cyan

Toxins.

In this study we analyzed distilled, potable and contaminated water samples in

order to obtain the identification of enclosed substances. Through optical properties

based on proper spectra of water and of the substances, already accomplished by

other science staffs, we searched to detect the absorption peaks and characteristic

emission of the components added to the water.

Making use of the Spectroscopic Transmission experimental technique in the

near infrared region (NIR) and the optical entirety of the SPECORD 61NIR with

necessary peripherical adaptations, we analyzed samples of potable water, pure

distilled water and intentionally contaminated with: Chlorine, Monobasic Potassium

Phosphate, Sodium Nitrate, Ethanol, brake fluid, Gasoline, Oil Lubricant and diesel

fuel.

Justified by the adjacent technical obstacles within a research, it was not

possible to identify characteristical peaks of all the mentioned substances, but this

study achieved the general objective to provide a scientific instrument for the near

ecological studies employing absorption and emissionspectroscopy and the specificityof identifying some substances added to water.


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vii

Sumrio

Ficha catalogrfica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

Dedicatria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

Agradecimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

Resumo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

Abstract. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi

ndice de Figuras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi

ndice de Tabelas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi

Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Captulo I - Conceitos tericos bsicos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1 Conceitos gerais sobre a gua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.2 Estrutura da gua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.3 Propriedades da gua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.4 gua: Sua relao com o planeta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.4.1 Parmetros fsicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.1.4.2 Parmetros qumicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1.5 gua do Lago Batata (localizao e importncia do lago). . . . . . . . . . 19

1.2 Conceitos bsicos sobre espectroscopia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.2.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.2.2 Intensidade de radiao e espectrofotmetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.2.3 Densidade de energia e resoluo do aparelho. . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.2.4 Radiao monocromtica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.2.5 Classificao dos mtodos ticos de absoro. . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.2.6 Mecanismo de absoro e emisso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.3 Lei de Lambert-Beer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.4 Vibrao e absoro da gua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1.4.1 O espectro da gua lquida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371.5 Instrumentos utilizados em espectroscopia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

1.5.1 Espectrofotmetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

1.5.1.1 Fonte de energia radiante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1.5.1.2 Monocromadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

a prismas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

b grades ou redes de difrao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43


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viii

1.5.1.3 Detectores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

a tubo fotomultiplicador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

b arranjo de diodos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

1.5.2 Espectrofluormetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

1.5.2.1 Espectrofluormetros estacionrios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

a fontes de radiao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

b - esquema ptico do espectrofluormetro fotoestacionrio. . . 53

1.6 Artigos utilizados como orientao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1.6.1 Artigo I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

1.6.2 Artigo II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

1.6.3 Artigo III. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Captulo II Materiais e mtodos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582.2 Transmitncia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.3 Specord 61 NIR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.4 Motor de passo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.5 Chopper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.6 Lock-in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.7 Conversor analgico digital. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

2.8 Software para aquisio de dados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2.9 Rotina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.9.1 Preparao das amostras e calibrao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.2.2 Procedimentos para medidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Captulo III Resultados e Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.1.1 Sinopse de funes orgnicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.2 Resultados e Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.2.1 gua da torneira. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.2.1.1 Resultado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.2.1.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.2.2 gua Destilada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.2.2.1 Resultado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.2.2.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.2.3 Hipoclorito de Clcio (Cloro ativo), Nitrito de Sdio e Potssio Fosfato

Monobsico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75


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ix

3.2.3.1 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.2.3.1.1 gua destilada e Cloro ativo de 5500 a 8000 cm-1. . . . 75

3.2.3.1.2 gua destilada e Nitrito de Sdio de 5500 a 8000 cm -1. 76

3.2.3.1.3 gua destilada e Potssio Fosfato Monobsico de

5500 a 8000 cm-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.2.3.1.4 gua destilada e Cloro ativo de 3000 a 5000 cm-1 . . . . 77

3.2.3.1.5 gua destilada e Nitrito de Sdio de 3000 a 5000 cm -1 . 78

3.2.3.1.6 gua destilada e Potssio Fosfato Monobsico de

3000 a 5000 cm-1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.2.3.1.7 gua destilada de 3000 a 5000 cm-1 . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.2.3.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.2.4 gua Ultrapura e gua do Lago Batata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.2.4.1 Resultado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.2.4.1.1 gua Ultrapura de 3000 a 8000 cm-1

. . . . . . . . . . . . . . 813.2.4.1.2 gua do Lago Batata de 3000 a 8000 cm-1 . . . . . . . . . 81

3.2.4.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.2.5 lcool Etlico Hidratado Combustvel e lcool Etlico Hidratado de

uso domstico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.2.5.1 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.2.5.1.1 gua destilada e AEHC de 3000 a 8000 cm -1 . . . . . . . . 83

3.2.5.1.2 gua destilada e AEHD de 3000 a 8000 cm -1. . . . . . . . 84

3.2.5.1.3 gua destilada e AEHC de 5400 a 7000 cm -1. . . . . . . . 85

3.2.5.1.4 gua destilada e AEHD de 5400 a 7000 cm -1. . . . . . . . 86

3.2.5.1.5 gua destilada de 5400 a 7000 cm-1 . . . . . . . . . . . . . . 87

3.2.5.1.6 lcool Etlico Hidratado Combustvel de 3000 a

8000 cm-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.2.5.1.7 lcool Etlico Hidratado de uso domstico de 3000 a

8000 cm-1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.2.5.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3.2.6 Propanona (Acetona pura) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.2.6.1 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903.2.6.1.1 gua destilada e Acetona pura de 3000 a 8000 cm-1. . 91

3.2.6.1.2 gua destilada e Acetona pura de 5400 a 7000 cm-1. . 92

3.2.6.1.3 Acetona pura de 3000 a 8000 cm -1 . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3.2.6.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.2.7 Fludo para freio automotivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.2.7.1 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95


11/135

x

3.2.7.1.1 gua destilada e Fludo para freio de 5400 a 7000 cm-1 95

3.2.7.1.2 Fludo para freio de 3000 a 8000 cm -1 . . . . . . . . . . . . . 97

3.2.7.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.2.8 Gasolina comum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.2.8.1 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.2.8.1.1 gua destilada e Gasolina Comum de 3000 a 5000 cm-1101

3.2.8.1.2 Gasolina Comum de 3000 a 5000 cm -1. . . . . . . . . . . . . 102

3.2.8.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.2.9 leo Lubrificante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.2.9.1 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.2.9.1.1 gua destilada e leo lubrificante para motor de 3000 a

5000 cm-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

3.2.9.1.2 leo lubrificante de 3000 a 5000 cm-1. . . . . . . . . . . . . . 105

3.2.9.2 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.2.10 leo Diesel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.2.10.1 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.2.10.1.1 gua destilada e leo Diesel de 3000 a 5000 cm -1. . . 107

3.2.10.1.2 leo Diesel de 3000 a 5000 cm -1 . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.2.10.1.3 gua destilada (100%) e leo Diesel (0%). . . . . . . . . 109





3.2.10.3 Discusso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Captulo IV Concluso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Referncias Bibliogrficas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118


12/135

xi

ndice de figuras

Nmero pgina

1.1.1 - Blocos de gelo polar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.2 - Estrutura da gua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.3 - Solubilizao do NaCl em gua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.4 - Solubilizao de substncias polares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.5 - A polaridade da gua muda completamente em altas temperaturas e

presso. O mesmo no ocorre com o etanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.6 Foto do Lago Batata junto margem do Rio Trombetas. . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.2.1 Espectro eletromagntico (adaptado de Cooper, 1977) . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.2.2 Mecanismo de absoro e emisso da luz para uma corpo qualquer, por

exemplo o vermelho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.2.3 Absoro e emisso da radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.2.4 Diagrama de nveis de energia para o tomo de hidrognio . . . . . . . . . . . . 261.3.1 Absoro de luz por uma amostra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.3.2 - Grfico representativo da lei de Lambert-Beer demonstrando os limites da

linearidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.3.3 Escala da relao entre Transmitncia % e Absorbncia. . . . . . . . . . . . . . . 34

1.3.4 Representao da lei de Beer com = 545nm e caminho tico de 1cm . . . 34

1.4.1 Principais vibraes da molcula de gua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

1.4.2 Espectro da gua lquida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.5.1 - Emisso espectral das lmpadas de Deutrio, com resposta melhor = UV

(350nm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1.5.3 - Emisso espectral das lmpadas de Mercrio, com faixas espectrais bem

definidas e ideal para calibrao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1.5.4 Monocromador de prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

1.5.5 Monocromador de rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.5.6 Esquema e foto de um prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

1.5.7 Esquema e foto de uma rede de difrao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451.5.8 - Esquema geral de um monocromador e foto do modelo DK480 . . . . . . . . . 45

1.5.9 - Esquema e fotografia do tubo fotomultiplicador HAMAMATSU - R928 . . . . 48

1.5.10 - Esquema de um arranjo de diodo e foto do componente . . . . . . . . . . . . . . 48

1.5.11 - Seo transversal de um fotodiodo comum de silcio . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1.5.12 - Espectrofotmetros com Arranjo de diodo e com Fotomultiplicador . . . . . . 50

1.5.13 - Espectros eletrnicos de absoro (vermelho), excitao (preto) e


13/135

xii

fluorescncia (azul) com comprimento de onda de excitao 350nm e

comprimento de onda de emisso = 410nm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

1.5.14 - a) Espectro de emisso de uma lmpada de Xennio; b) Espectro de

emisso de uma lmpada de Mercrio;c) Detalhe das regies ultravioleta

e visvel de uma lmpada de Xennio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

1.5.15 - Lmpada de mercrio de arco curto e presso alta, de 150 W de potncia 53

1.5.16 - Esquema ptico de um espectrofluormetro modelo SLM-500 Aminco . . . 54

2.1.1 - Emisso espectral das lmpadas de Tungstnio-Halognio ou Tungstnio,

com resposta melhor = Vis/NIR (>350nm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.1.2 - Desenho esquemtico do conjunto tico original do SPECORD 61 NIR . . . 60

2.1.3 - Desenho esquemtico do conjunto tico do SPECORD 61 NIR e adaptado

para este trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.1.4 Espectros de Transmitncia dos filtros do SPECORD 61 NIR . . . . . . . . . . 61

2.1.5 Foto do chopper utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632.1.6 - Alguns exemplos de chopper com o nmero de paletas diferentes . . . . . . 63

2.1.7 - Diagrama simplificado do processo de preparao para amplificao

pelo Lock-in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.1.8 - Diagrama da entrada do sinal do detector sincronizado com a referncia

gerada pelo chopper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.1.9 - Foto do Lockin SR530 da Stanford Research Systems . . . . . . . . . . . . . . 65

2.1.10 - Imagens do programa de aquisio de espectros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2.1.11 - Diagrama mostrando a montagem experimental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.1.12 Cubeta de amostras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.2.1 Espectros da gua da torneira na faixa de 3.333 nm at 1250 nm. . . . . . . . 72

3.2.2 Espectro adaptado da gua lquida para comparao. . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.2.3 Espectros da gua destilada na faixa de 3.333 nm at 1250 nm. . . . . . . . 74

3.2.4 Comparao entre absorbncias das guas de torneira e destilada na

faixa de 3.333 nm a 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.2.5 Espectros da mistura de gua destilada e Hipoclorito de Clcio na faixa de

1818 nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.2.6 Espectros da mistura de gua destilada e Nitrito de sdio na faixa de 1818nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.2.7 Espectros da mistura de gua destilada e Potssio Fosfato Monobsico

na faixa de 1818 nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.2.8 Espectros de Transmitncia na faixa de 10 m at 1428 nm feitos no

INMETRO RJ das misturas de gua destilada e Hipoclorito de clcio, gua


14/135

xiii

destilada e Nitrito de Sdio, gua destilada e Potssio Fosfato

Monobsico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.2.9 Espectros da mistura de gua destilada e Hipoclorito de Clcio na faixa de

3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.2.10 Espectros da mistura de gua destilada e Nitrito de Sdio na faixa de

3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.2.11 Espectros da mistura de gua destilada e Potssio Fosfato Monobsico


3.2.12 Espectros da gua Destilada na faixa de 3.333 nm at 2000 nm. . . . . . . 79

3.2.13 Espectros da gua Ultrapura na faixa de 3.333 nm at 1250 nm. . . . . . . 81

3.2.14 Espectros da gua do Lago Batata na faixa de 3.333 nm at 1250 nm. . . 82

3.2.15 - Comparao entre absorbncias na faixa de 3.333 nm a 1250 nm entre

gua destilada e gua ultrapura, e gua destilada e gua do Lago Batata. . 83

3.2.16 Espectros da mistura de gua destilada e lcool Etlico HidratadoCombustvel na faixa de 3.333 nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.2.17 Espectros da mistura de gua destilada e lcool Etlico Hidratado de uso

domstico na faixa de 3.333 nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.2.18 Espectros da mistura de gua destilada e lcool Etlico Hidratado

Combustvel na faixa de 1851 nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.2.19 Espectros da mistura de gua destilada e lcool Etlico Hidratado de uso

Domstico na faixa de 1851 nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

3.2.20 Espectros da gua destilada na faixa de 1851 nm at 1428 nm. . . . . . . . 87

3.2.21 Espectros do lcool Etlico Hidratado Combustvel puro do tipo comum


3.2.22 Espectros do lcool Etlico Hidratado de uso domstico na faixa de 3333

nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.2.23 Sobreposio dos espectros de transmitncia e de Absorbncia da gua

destilada e da mistura de gua destilada com AEH na faixa de 1851 nm

at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3.2.24 Sobreposio dos espectros de transmitncia e Absorbncia da gua

destilada e do AEH puro na faixa de 3333 nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . 903.2.25 Espectros da mistura de gua destilada e Propanona na faixa de 3.333

nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.2.26 Espectros da mistura de gua destilada e Propanona na faixa de 1851

nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3.2.27 Espectros da Propanona na faixa de 3333 nm at 1250 nm. . . . . . . . . . 92


15/135

xiv

3.2.28 Sobreposio dos espectros de transmitncia e absorbncia da gua

destilada e da mistura de gua destilada com propanona na faixa de 1851

nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.2.29 Sobreposio dos espectros de transmitncia e absorbncia da gua

destilada e da propanona na faixa de 3333 nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . 94

3.2.30 Espectros da mistura Heterognea de gua destilada e Fludo para freio

na faixa de 1851 nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.2.31 Espectros da mistura Homognea de gua destilada e Fludo para freio

na faixa de 1851 nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.2.32 Espectros Fludo para freio DOT3 na faixa de 3333 nm at 1250nm. . . . . 97

3.2.33a Sobreposio dos espectros de transmitncia da gua destilada e de

Fludo para freio na faixa de 3333 nm at 1250 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.2.33b - Sobreposio dos espectros de transmitncia da misturas heterognea

de gua destilada com Fludo e do Fludo para freio na faixa de 1851 nmat 1428 nm.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.2.34 Sobreposio dos espectros de transmitncia da gua destilada e da

mistura heterognea na faixa de 1851 nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.2.35 Sobreposio dos espectros de transmitncia das misturas da gua

destilada com AEH e homognea com Fludo para freio na faixa de 1851

nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.2.36 Sobreposio dos espectros de transmitncia do AEH e do fludo para

freio na faixa de 1851 nm at 1428 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.2.37 Sobreposio dos espectros na faixa de 1851 nm at 1428 nm de

transmitncia da misturas de fludo com gua destilada (heterognea e

homognea) e absorbncias das misturas com gua destilada. . . . . . . . . . 100

3.2.38 - Espectros de Transmitncia da mistura de gua destilada e gasolina na

faixa de 10 m at 1428 nm feitos no INMETRO RJ. . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

3.2.39 Espectros da mistura de gua destilada (1,25 ml) e Gasolina (0,80 ml) na

faixa de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

3.2.40 Espectros da mistura de gua destilada (0,80 ml) e Gasolina (0,30 ml) na

faixa de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.2.41 Espectros da Gasolina comum na faixa de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . 102

3.2.42 Sobreposio dos espectros de transmitncia e absorbncia na faixa de

3333 nm at 2000 nm: a) gasolina comum e mistura de gua destilada

(menor quantidade) com gasolina; (b) mistura de gua destilada (menor

quantidade) com gasolina, gua e gasolina comum; (c) gasolina comum e


16/135

xv

mistura de gua destilada (maior quantidade) com gasolina; (d) mistura de

gua destilada (maior quantidade) com gasolina, gua e gasolina comum. 103

3.2.43 Espectros da mistura de gua destilada e leo lubrificante na faixa de

3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

3.2.44 Espectros do leo lubrificante na faixa de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . 105

3.2.45 Sobreposio dos espectros de transmitncia (a, b) e absorbncia (c) na

faixa de 3333 nm at 2000 nm: (a) leo lubrificante e gasolina comum; (b)

gua destilada e sua mistura com leo lubrificante; (c) gua destilada e

sua mistura com leo lubrificante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

3.2.46 Cubeta de amostra e adequaes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.2.47 Espectros da mistura de gua destilada e leo Diesel na faixa de 3333

nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.2.48 Espectros do leo Diesel na faixa de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . 108

3.2.49 Espectros da mistura de gua destilada 100% e leo Diesel 0% na faixade 3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

3.2.50 Espectros da mistura de gua destilada 75% e leo Diesel 25% na faixa

de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109


de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110


de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110


de 3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3.2.54 Espectros de Transmitncia na faixa de 10 m at 1428 nm feitos no

INMETRO RJ das misturas de gua destilada e Gasolina Comum, gua

destilada e leo Lubrificante, gua destilada e leo Diesel. . . . . . . . . . . 112

3.2.55 Sobreposio dos espectros de transmitncia (a) e absorbncia (b) da

gua destilada e mistura entre gua destilada e leo diesel na faixa de

3333 nm at 2000 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

3.2.56 Sobreposio dos espectros de absorbncias da gua destilada e da

mistura entre gua destilada e leo diesel na faixa de 3333 nm at 2000nm desde 0% at 100% de leo (a at e) e todas juntas (f). . . . . . . . . . . 113


17/135

xvi

ndice de tabelas

Nmero pgina

1.2.1 - Relao entre as cores e os comprimentos de onda da luz. . . . . . . . . . . . 22

1.2.2 - Espectro eletromagntico e sua interaes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.1.1 - Relao dos filtros do SPECORD 61NIR e suas faixas de otimizao. . . 61

3.2.1 Valores de absorbncia com aumento percentual de leo adicionado. . . 114


18/135

1

Introduo

No temos conhecimento de mtodos ticos para identificao de

componentes associados gua em nossa regio, portanto o objetivo bsico deste

estudo fornecer tal ferramenta e resultados para possveis estudos ecolgicos

utilizando Espectroscopiapor absoro e emisso.

Diante desta proposta pioneira para regio e tambm sabendo das restries e

limites tcnicos que temos, alcanamos o objetivo especfico de Identificar os picos de

absoro e emisso caractersticos de alguns contaminantes adicionados gua,

possibilitando alm da ferramenta cientfica e resultados, referncias para prximos

estudos de cunho ecolgico usando espectroscopia por absoro e emisso.

Existem milhares de estudos cientficos pelo mundo afora que utilizam os maisvariados mtodos ticos para identificao de substncias associadas gua, como

constatado nos Artigosestudados e utilizados como orientao deste trabalho.

Como principal absorvedor da radiao eletromagntica proveniente do Sol, os

13 milhes de toneladas de gua presentes na atmosfera so responsveis por

aproximadamente 70% de toda absoro atmosfrica da radiao principalmente na

regio do Infravermelho, o que faz que nosso interesse seja o de utilizar mtodos

ticos de absoro e emisso para determinar picos caractersticos de componentes

associados disponibilizando subsdios para monitoramento da gua.

Neste estudo analisamos amostras de gua destilada, potvel e contaminada a

fim de obter a identificao de substncias nela contida. Atravs das propriedades

pticas e baseando-se em espectros da prpria gua e dos resduos, j realizados por

outras equipes cientficas, buscou-se detectar picos de absoro e emisso

caractersticos.

Utilizando a tcnica experimental da Espectroscopia de Transmitncia na

regio do infravermelho prximo (NIR) e o conjunto tico do SPECORD 61NIR com

adaptaes perifricas necessrias, analisamos amostras de gua potvel, gua

destilada pura e intencionalmente contaminada com: Cloro, Potssio FosfatoMonobsico, Nitrato de Sdio, Etanol, Fludo para Freio, Gasolina, leo Lubrificante e

leo Diesel.


19/135

2

Captulo I

Conceitos tericos bsicos

1.1 Conceitos gerais sobre a gua

1.1.1 Introduo1:

Aristteles achava que a gua fosse um dos quatro elementos fundamentais.

Somente um composto to especial poderia despertar tanta admirao em um

cone da cincia antiga a ponto de ter taxao to significativa. A gua to

importante, que os gregos antigos consideravam-na como sendo um dos elementos

fundamentais da matria. Por mais de 2000 anos ainda pensou-se que a gua era um

elemento.

No sculo XVIII (1781) que foi descoberto pelo cientista ingls HenryCavendish (1731-1810) a composio da gua por duas partes de hidrognio para

uma de oxignio. Ele relatou sua descoberta em termos de um flogstico (depois

provou ser o hidrognio) e um no flogstico(provou depois ser o oxignio).

Mesmo assim, reflita: a gua est presente nas montanhas, na atmosfera, nas rochas,

nos pssaros, nas formigas, nos oceanos..., e

pensando bem, os gregos no poderiam pensar

de forma diferente!

A gua , sem dvida, o mais comum e

mais importante de todos os compostos. Graas

s propriedades da gua, a vida foi capaz de

surgir e se desenvolver em nosso planeta. Estas

propriedades so extremamente peculiares: agua slida (gelo) menos densa que o

lquido e ento bia sobre a gua lquida (figura 1.1.1).

Embora nos parea extremamente trivial, agora que a nossa estreita

convivncia e a cincia j desvendaram muitas das incgnitas sobre a gua,

exatamente o oposto do observado na grande maioria das substncias. E, graas a

esta habilidade, os peixes e plantas de lagos e rios que congelam, no inverno, nomorrem, pois a capa de gelo que se forma sobre o lago funciona como uma barreira

de proteo contra o frio. Se o gelo fosse mais denso, os peixes teriam um piso

congelado embaixo, e acima uma atmosfera fria. E a vida subaqutica seria acometida

de uma complexidade extraordinria e provavelmente no haveria!

Todos os compostos anlogos molcula H2O so gases. O simples fato de a

gua ser lquida temperatura ambiente j completamente intrigante. Se no

Figura 1.1.1 Blocos de gelo polar


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conhecssemos a gua, certamente iramos deduzir que ela seria um gs, e iria se

tornar lquido somente em temperaturas muito inferiores a 0C. Isto extremamente

importante para que ela possa ser usada por organismos vivos. Alm de promover a

vida diretamente, ainda serve como meio de transporte, recreao, e como um habitat

para plantas e animais. Sua fcil transformao em gs proporciona uma transferncia

muito eficiente no planeta pela atmosfera, dos oceanos at os continentes, onde pode

precipitar sobre a forma de chuva.

Cerca de 97%de toda a gua encontrada na superfcie do nosso planeta est

nos oceanos. Como a populao dos continentes est aumentando, a demanda por

gua fresca cresce a cada ano. Processos de purificao e reciclagem da gua

tornam-se cada vez mais importantes. A gua dos oceanos para ser consumida, deve

ser dessalinizada. Os processos mais comuns so o de destilao, trocainica(onde

os ons so substitudos por H+ e OH-, que se combinam e formam H2O) e osmose

reversa. Todos so processos caros, que tornam a purificao da gua do mar vivelsomente em regies onde existe absoluta escassez de gua potvel e grande

disponibilidade de petrleo e que proporcionam financiamentos desta natureza.

1.1.2 Estrutura da gua2:

A gua uma substncia com caractersticas pouco usuais, mostrando

propriedades fsicas e comportamento bastante diferenciado da maioria dos outros

lquidos. Essas propriedades so devidas a estrutura da molcula da gua e das

foras intermoleculares, ligaes do tipo pontes de hidrognio, que mantm as

molculas reunidas. A localizao de dois hidrognios em um mesmo lado do tomo

de oxignio, tpica da estrutura da gua, gera uma molcula dipolarcom carga positiva

em um lado e negativa no outro. a natureza dipolar desta molcula que

responsvel pelas propriedades pouco usuais da gua. Por exemplo, lquidos com

peso atmico similar ao da gua apresentam temperatura de ebulio bastante inferior

a 100oC. A temperatura de ebulio da gua mais elevada porque a fora das

ligaes de pontes de hidrognio maior que a das ligaes de Van der Waals,comuns nos demais lquidos.

Como as molculas apresentam carga negativa e positiva, foras de atrao e

de repulso esto presentes na gua lquida ligando as vrias molculas entre si e

formando uma estrutura parcial. Em mdia, a estrutura da gua lquida

caracterizada pela coordenao tetradrica (figura 1.1.2) das molculas de gua

arranjadas espacialmente de forma mais ou menos livre.


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Quando cristalizada na forma de gelo, as molculas de gua apresentam

empacotamento hexagonal que d origem a estruturas tridimensionais bem definidas.

Essas diferenas de arranjo tridimensionais levam a uma diminuio da densidadedo

gelo em relao gua lquida.

Por outro lado, o fato da gua ser um meio dieltrico com constante dieltrica

alta, ou seja, capacidade limitada de transmitir um campo eltrico, confere a ela

propriedades geoqumicas particulares. Este fato associado ao da molcula da gua

tender em se afixar a ons lhe torna um excelente solvente de substncias inicas.

Figura 1.1.2 - Estrutura da gua2: em (a) localizao de dois hidrognios em um mesmo lado do tomo de

oxignio gerando uma molcula dipolar com carga positiva em um lado e negativa no outro; (b) arranjodas molculas na gua lquidacaracterizada pela coordenao tetradrica.

O estadolquido da gua tem uma estrutura complexa e dinmica, que envolve

associao entre as molculas. A forte e extensa ligao de hidrognio entre as

molculas produz um valor muito alto de certas propriedades fsicas, tais como

temperatura de ebulio, viscosidade, tenso superficial, calor especfico, entre outros.

Se comparado com anlogos, a temperatura de ebulio da gua deveria ser 200C

negativos!

A gua, tambm, um dos lquidos com a maior tenso superficial conhecida,que faz com que as gotas sejam esfricas e que alguns insetos possam caminhar

sobre ela. Por capilaridade, a gua consegue subir at a mais alta folha de uma

rvore, contrariando a atrao gravitacional da Terra. A estrutura do vapor (gs) da

gua mais simples: as molculas esto relativamente distantes e independentes

uma das outras.


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1.1.3 Propriedades da gua1:

Conforme citamos anteriormente, uma das propriedades mais importantes da

gua lquida a sua capacidade de dissolver substncias polares ou inicas para

formar solues aquosas. O oceano, o sangue ou uma xcara de ch so exemplos de

solues aquosas. Todas as reaes que ocorrem em nosso organismo se do em

solues aquosas. A interao entre as molculas do solvente (gua) e as do soluto

que so responsveis pelo processo de solubilizao. Quando uma substncia inica

dissolvida em gua (figura 1.1.3), os ctions so atrados pelo lado negativo da

molcula de gua e os nions pelos lados positivos. Este processo chamado de

hidratao. A hidratao dos ons que promove a quebra do retculo cristalino da

substncia inica, ou seja, a dissoluo: as foras existentes entre os ctions e nions

no slido (ligao inica) so substitudas por foras entre a gua e os ons.

Figura 1.1.3 Solubilizao do NaCl em gua1

Muitos compostos no inicos tambm so solveis em gua. o caso, por

exemplo, do etanol. A cerveja, o vinho e a cachaa so exemplos de misturas

homogneas entre gua e etanol. Esta molcula contm uma ligao polar O-H tal

como a gua. Isto permite molcula fazer ligaes intermoleculares com a gua.

O acar no uma substncia inica, mas molecular. Mesmo assim, dissolve-

se em gua por que, tal como a gua, a sacarose uma molcula polar, com regies

carregadas negativa e positivamente. Neste caso, a interao com a gua do tipodipolo-dipolo; como a sacarose contm grupos OH, tambm ocorre ligao

hidrognio entre as molculas de sacarose e de gua. Isto promove a sua

solubilizao na fase aquosa (figura 1.1.4).

Existem muitas substncias, entretanto, que no so solveis em gua. Um

exemplo a gordura: a natureza no-polar de suas molculas as torna incompatveis

com as molculas polares de gua. Uma regra geral para a solubilidade que "o


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semelhante dissolve o semelhante", isto , molculas polares so miscveis com

molculas polares, e apolares com molculas apolares.

(a) (b)

Figura 1.1.4 - Solubilizao de substncias polares1: em (a) molcula de sacarose com um grupo O H ;

(b) ligao com a gua atravs de ponte de hidrognio.

As propriedades da gua, entretanto, so completamente diferentes em

condies de alta temperatura e presso. Acima de 300C, em altas presses, a gua

lquida capaz de dissolver muitos compostos apolares. Mais diferente ainda a gua

quando a presso for igual ou maior que 218 atm e a temperatura maior do que 374C

(temperatura crtica): a gua se torna umfludo supercrtico. Na figura 1.1.5 podemos

acompanhar este efeito ao observar o decrscimo de sua constante dieltrica e

comportando-se como substncia apolar. Nestas condies, a gua rene

propriedades de seu gs (tal como a densidade) e de seu lquido (capacidade de

dissoluo). Alm de dissolver substncias polares e inicas, a gua supercrtica

capaz de dissolver praticamente todos os compostos apolares. Uma das aplicaes

na destruio de lixos txicos: a gua supercrtica misturada com os resduos

orgnicos e gs oxignio; iniciado a chama, a combusto ocorre "embaixo" d'gua!

Figura 1.1.5 - A polaridade da gua muda completamente em altas temperaturas e presso. O

mesmo no ocorre com o etanol1.

Isto s possvel graas s propriedades tipo-gs da gua supercrtica e de

sua capacidade de dissolver os resduos.

A molcula de gua tambm especial por participar de muitas reaes

orgnicas e inorgnicas. Vrias delas resultam da habilidade que a gua tem em se

comportar tanto como um cido (doador de prtons) ou como uma base (receptora de

prtons). De fato, em 1 litro de gua pura no existem apenas molculas de gua:


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ocorrem tambm 1 x 10-7mol de ons H3O+

(aq)e 1 x 10-7mol de ons OH-(aq). Estes ons

so o produto da reao abaixo, que a equao para a auto-ionizao da gua:

H2O(l)+ H2O(l) H3O+

(aq)+ OH-(aq)

O on H3O+ chamado de on hidrnio. justamente na sua concentrao que a

escala de pH de uma soluo baseada: quanto maior a concentrao de ons

hidrnio, menor o valor de pH e, conseqentemente, mais cida a soluo. Quando

um cido, tal como o HCl ou o cido actico, adicionado soluo, tanto a gua

como os cidos contribuem para a formao e elevao da concentrao de ons

hidrnio. Uma base, por outro lado, neutraliza os ons H3O+, diminuindo a sua

concentrao e aumentando o valor de pH.

Mas as guas naturaisno so substncias puras e suas propriedades como

solvente dependem tambm desta concentrao de ons de H+

presentes na gua(pH) e do seu poder de oxidao (Eh). Essas caractersticas das guas naturais

definem campos de estabilidade de vrias espcies dissolvidas e dos slidos em

presena de gua e podem variar entre os diversos ambientes em que ela se encontra

devido a: (i) atividade orgnica do tipo, fotossntese, respirao e decaimento; (ii)

reaes de oxidao-reduo de ferro, enxofre e carbono; (iii) balano entre o dixido

de carbono e carbonato de clcio dissolvido na gua.

A gua capaz de promover a ionizao de compostos moleculares. O cido

actico, por exemplo, um composto molecular. Mas, em gua, algumas molculas se

ionizam, gerando o on acetato e H3O+. Nesta reao, a molcula de gua participa

ligando-se covalentemente ao hidrognio (o prton, H+) da hidroxila do cido actico.

Em outras reaes, a gua pode fazer exatamente o oposto: ceder um prton! o que

acontece na reao com a amnia. A molcula de amnia agora, quem recebe o

prton, atuando como uma base. A gua, neste caso, comporta-se como um cido.

Como vemos, a gua pode se comportar tanto como um cido ou como uma

base: por isso, chamada de anftera.

1.1.4 gua: Sua relao com o planeta2

Devido as suas propriedades estruturais, o composto H2O pode ocorrer em trs

estados fsicos diferentes nas condies de presso e temperatura da superfcie da

Terra: o slido (gelo), o lquido (gua) e o gasoso (vapor dgua).


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Em cada um de seus estados, o composto possui diferentes propriedades

fsicas e qumicas que determinam sua participao nos diferentes processos

geolgicos da superfcie do planeta. Essa condio, aliada a sua abundncia na fase

lquida na superfcie do planeta, torna a gua um importante agente estabilizador do

clima terrestre. A presena de um grande reservatrio de gua (oceanos) protege das

flutuaes do calor solar, j que as transformaes entre as fases envolvem

transferncia de energia, liberando calor gradualmente, e tambm permite o transporte

lateral de calor.

Podemos citar alguns desses valores de transferncia de energia2:

1. Sublimao/deposio 2,84 x106 J/kg ou 0,788 kWh/kg;

2. Condensao/vaporizao 2,50 x106 J/kg ou 0,694 kWh/kg;

3. Fuso/congelamento 3,34 x105 J/kg ou 0,093 kWh/Kg.

Uma outra caracterstica importante da gua na dinmica terrestre suapropriedade de absorver o espectro infravermelho e ser virtualmente transparente para

o espectro visvel e prximo ao ultravioleta. Isso permite que a radiao solar chegue

superfcie da Terra durante o dia, mas restringe a perda de calor durante a noite,

limitando as oscilaes de temperatura ambiente. Isto se deve capacidade trmica

da gua ser bem maior que a do ar.

As principais caractersticas que influenciam o modo de participao da gua

nos processos da dinmica externa so sua viscosidade e o tempo de permanncia da

gua no reservatrio superficial.

O gelo capaz de fluir no estado slido (alta viscosidade), mostrando grande

competncia de transporte de material em suspenso e baixa seletividade de tamanho

de fragmento transportado. Essas propriedades fazem do gelo um agente de

intemperismo qumico insignificante, mas importante agente do intemperismo fsico e

poderoso agente erosivo.

Por outro lado, em estado lquido tem baixa viscosidade, lhe conferindo mdia

competncia para transportar partculas em suspenso e boa capacidade de seleo

de tamanho de fragmento transportado.Com essas caractersticas a gua comporta-

se como agente importante no intemperismo qumico, de importncia mdia nointemperismo fsico, e importante na eroso.

O vapor dgua apresenta fluxo com viscosidade muito baixa, e portanto, tem

baixa competncia para transportar partculas em suspenso e seletividade de

tamanho de fragmento transportado muito boa. Com isso o vapor dgua agente

insignificante no intemperismo fsico e qumico e um agente erosivo de baixa

importncia.


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Estes fatores citados do ciclo hidrolgico possibilitam uma atividade muito

efetiva do transporte de fragmentos e substncias, tanto em um ecossistema sem

influncia humana, quanto em um ecossistema alterado pelo homem.

Considerando esta dinmica de componentes na gua, e que nosso objetivo

detect-los, algumas amostras de gua sero analisadas. A relao destes

contaminantes da gua pura deve ser considerada, pois pode alterar seus parmetros

fsicos, qumicos e microbiolgicos e suas conseqncias no ecossistema. Vejamos

como so estes contaminantes e os parmetros alterveis.

Esta contaminao pode ter como origem vrias fontes como3:

efluentes domsticos;

efluentes industriais;

carga difusa urbana e rural;

minerao;

natural; acidental.

Cada uma destas fontes possui caractersticas prprias quanto aos poluentes

que carreiam. Os esgotos domsticos, por exemplo, apresentam compostos orgnicos

biodegradveis, nutrientes e microrganismos patognicos. J para os efluentes

industriais h uma maior diversificao nos contaminantes lanados nos corpos

d'guas, em funo dos tipos de matrias-primas e processos industriais utilizados. O

deflvio superficial urbano contm, geralmente, todos os poluentes que se depositam

na superfcie do solo. Na ocorrncia de chuvas, os materiais acumulados em valas,

bueiros, etc., so arrastados pelas guas pluviais para os cursos d'guas superficiais,

constituindo-se numa fonte de poluio tanto maior quanto menos eficiente for a coleta

de esgotos ou a limpeza pblica. A poluio rural decorrente das atividades ligadas a

agricultura, silvicultura e pecuria. Quanto atividade agrcola, seus efeitos dependem

muito das prticas utilizadas em cada regio e da poca do ano em que se realizam as

preparaes do terreno para o plantio, assim como, do uso intensivo dos defensivos

agrcolas. A contribuio representada pelo material proveniente da eroso de solos

intensifica-se quando da ocorrncia de chuvas em reas rurais. Os agrotxicos com

alta solubilidade em gua podem contaminar guas subterrneas e superficiaisatravs do seu transporte com o fluxo de gua. A poluio natural est associada s

chuvas e escoamento superficial, salinizao, decomposio de vegetais e animais

mortos e a acidental proveniente de derramamentos acidentais de materiais na linha

de produo ou transporte.


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1.1.4.1 Parmetros fsicos3:

Temperatura: um fator que influencia a grande maioria dos processos

fsicos, qumicos e biolgicos na gua, assim como, outros processos como a

solubilidade dos gases dissolvidos. Uma elevada temperatura faz diminuir a

solubilidade dos gases, por exemplo, o oxignio dissolvido, alm de aumentar a taxa

de transferncia de gases, o que pode gerar mau cheiro, no caso da liberao de

gases com odores desagradveis. Os organismos aquticos possuem limites de

tolerncia trmica superior e inferior, temperaturas timas para crescimento,

temperatura preferencial em gradientes trmicos e limitaes de temperatura para

migrao, desova e incubao do ovo. Variaes de temperatura so partes do regime

climtico normal e corpos d'gua naturais apresentam variaes sazonais e diurnas,

bem como estratificao vertical.

Cor: Originada de forma natural, da decomposio da matria orgnica,

principalmente dos vegetais - cidos hmicos e flvicos, alm do ferro e mangans. Aorigem antropognica surge dos resduos industriais e esgotos domsticos. Apesar de

ser pouco freqente a relao entre cor acentuada e risco sanitrio nas guas

coradas, a clorao da gua contendo a matria orgnica dissolvida responsvel pela

cor pode gerar produtos potencialmente cancergenos, dentre eles, os trihalometanos.

Turbidez:Representa o grau de interferncia com a passagem da luz atravs

da gua, conferindo uma aparncia turva mesma. A alta turbidez reduz a

fotossntese de vegetao enraizada submersa e algas. Esse desenvolvimento

reduzido de plantas pode, por sua vez, suprimir a produtividade de peixes. Logo, a

turbidez pode influenciar nas comunidades biolgicas aquticas.

Condutividade Eltrica: determinada pela presena de substncias

dissolvidas que se dissociam em nions e ctions e pela temperatura. As principais

fontes dos sais naturalmente contidos nas guas correntes e de origem antropognica

so: descargas industriais de sais, consumo de sal em residncias e no comrcio,

excrees de sais pelo homem e por animais. A condutncia especfica fornece uma

boa indicao das modificaes na composio de uma gua, especialmente na sua

concentrao mineral, mas no fornece nenhuma indicao das quantidades relativas

dos vrios componentes. medida que mais slidos dissolvidos so adicionados, acondutividade especfica da gua aumenta. Altos valores podem indicar caractersticas

corrosivas da gua.

Alcalinidade: a quantidade de ons na gua que reagiro para neutralizar os

ons hidrognio. Os principais constituintes da alcalinidade so os bicarbonatos,

carbonatos e os hidrxidos. As origens naturais da alcalinidade so a dissoluo de

rochas e as reaes do dixido de carbono (CO2), resultantes da atmosfera ou da


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decomposio da matria orgnica, com a gua. Alm desses, os despejos industriais

so responsveis pela alcalinidade nos cursos dguas.

Dureza: a concentrao de ctions multi-metlicos em soluo. Os ctions

mais freqentemente associados dureza so os ctions bivalentes Ca+2e Mg

+2. As

principais fontes de dureza so a dissoluo de minerais contendo clcio e magnsio,exemplificando as rochas calcrias e os despejos industriais. A ocorrncia de

determinadas concentraes de dureza causa um sabor desagradvel e pode ter

efeitos laxativos. Alm disso, causa incrustao nas tubulaes de gua quente,

caldeiras e aquecedores, em funo da maior precipitao nas temperaturas elevadas.

Slidos: Todas as impurezas da gua, com exceo dos gases dissolvidos

contribuem para a carga de slidos presentes nos corpos d'gua. Os slidos podem

ser classificados de acordo com seu tamanho e caractersticas qumicas. Os slidos

em suspenso, contidos em uma amostra de gua, apresentam, em funo do mtodo

analtico escolhido, caractersticas diferentes e, conseqentemente, tm designaesdistintas.

A unidade de medio normal para o teor em slidos no dissolvidos o peso

dos slidos filtrveis, expresso em mg/L de matria seca. Dos slidos filtrados pode

ser determinado o resduo calcinado (em % de matria seca), que considerado uma

medida da parcela da matria mineral. O restante indica, como matria voltil, a

parcela de slidos orgnicos. Dentro dos slidos filtrveis encontram-se, alm de uma

parcela de slidos turvos, tambm os seguintes tipos de slidos/substncias no

dissolvidos: slidos flutuantes, que em determinadas condies esto boiando; slidos

sedimentveis, que em determinadas condies afundam; slidos no sedimentveis,

que no esto sujeitos nem a flotao, nem sedimentao.

1.1.4.2 Parmetros Qumicos3:

PotencialHidrogeninico (pH): O pH define o carter cido, bsico ou neutro

de uma soluo. Os organismos aquticos esto geralmente adaptados s condies

de neutralidade e, em conseqncia, alteraes bruscas do pH de uma gua podem

acarretar no desaparecimento dos seres presentes na mesma. Os valores fora dasfaixas recomendadas podem alterar o sabor da gua e contribuir para corroso do

sistema de distribuio de gua, ocorrendo assim, uma possvel extrao do ferro,

cobre, chumbo, zinco e cdmio, e dificultar a descontaminao das guas.

Oxignio Dissolvido (OD): O oxignio dissolvido essencial para a

manuteno de processos de autodepurao em sistemas aquticos naturais e


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estaes de tratamento de esgotos. Durante a estabilizao da matria orgnica, as

bactrias fazem uso do oxignio nos seus processos respiratrios, podendo vir a

causar uma reduo de sua concentrao no meio. Atravs da medio do teor de

oxignio dissolvido, os efeitos de resduos oxidveis sobre guas receptoras e a

eficincia do tratamento dos esgotos, durante a oxidao bioqumica, podem ser

avaliados. Os nveis de oxignio dissolvido tambm indicam a capacidade de um

corpo d'gua natural manter a vida aqutica.

Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO): definida como a quantidade de

oxignio necessria para oxidar a matria orgnica biodegradvel sob condies

aerbicas, isto , avalia a quantidade de oxignio dissolvido, em mg/L, que ser

consumida pelos organismos aerbios ao degradarem a matria orgnica. Um perodo

de tempo de cinco dias numa temperatura de incubao de 20C freqentemente

usado e referido como DBO5,20. Os maiores aumentos em termos de DBO, num

corpo d'gua, so provocados por despejos de origem predominantemente orgnica. Apresena de um alto teor de matria orgnica pode induzir completa extino do

oxignio na gua, provocando o desaparecimento de peixes e outras formas de vida

aqutica. Um elevado valor da DBO pode indicar um incremento da micro-flora

presente e interferir no equilbrio da vida aqutica, alm de produzir sabores e odores

desagradveis e ainda, pode obstruir os filtros de areia utilizadas nas estaes de

tratamento de gua.

Demanda Qumica de Oxignio (DQO): a quantidade de oxignio

necessria para oxidar a matria orgnica atravs de um agente qumico. Os valores

da DQO normalmente so maiores que os da DBO, sendo o teste realizado num prazo

menor e em primeiro lugar, orientando o teste da DBO. A anlise da DQO til para

detectar a presena de substncias resistentes degradao biolgica. O aumento da

concentrao da DQO num corpo d'gua se deve principalmente a despejos de origem

industrial.

Nitrognio Nitrato: a principal forma de nitrognio encontrada nas guas.

Concentraes de nitratos superiores a 5mg/L demonstram condies sanitrias

inadequadas, pois as principais fontes de nitrognio nitrato so dejetos humanos e

animais. Os nitratos estimulam o desenvolvimento de plantas, sendo que organismosaquticos, como algas, florescem na presena destes e, quando em elevadas

concentraes em lagos e represas, pode conduzir a um crescimento exagerado,

processo denominado de eutroficao.

Nitrognio Nitrito: uma forma qumica do nitrognio normalmente

encontrada em quantidades diminutas nas guas superficiais, pois o nitrito instvel

na presena do oxignio, ocorrendo como uma forma intermediria. O on nitrito pode


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ser utilizado pelas plantas como uma fonte de nitrognio. A presena de nitritos em

gua indica processos biolgicos ativos influenciados por poluio orgnica.

Nitrognio Amoniacal (amnia): uma substncia txica no persistente e

no cumulativa e, sua concentrao, que normalmente baixa, no causa nenhum

dano fisiolgico aos seres humanos e animais. Grandes quantidades de amnia

podem causar sufocamento de peixes. A concentrao total de Nitrognio altamente

importante considerando-se os aspectos tpicos do corpo d'gua. Em grandes

quantidades o Nitrognio contribui como causa da metemoglobinemia (sndrome do

beb azul).

leos e Graxas: Os leos e graxas so substncias orgnicas de origem

mineral, vegetal ou animal. Estas substncias geralmente so hidrocarbonetos,

gorduras, steres, entre outros. So raramente encontrados em guas naturais,

normalmente oriundos de despejos e resduos industriais, esgotos domsticos,

efluentes de oficinas mecnicas, postos de gasolina, estradas e vias pblicas. Osdespejos de origem industrial so os que mais contribuem para o aumento de matrias

graxas nos corpos d'gua, dentre eles, destacam-se os de refinarias, frigorficos e

indstrias de sabo.

A pequena solubilidade dos leos e graxas constitui um fator negativo no que

se refere a sua degradao em unidades de tratamento de despejos por processos

biolgicos e, quando presentes em mananciais utilizados para abastecimento pblico,

causam problemas no tratamento de gua. A presena de leos e graxas diminui a

rea de contato entre a superfcie da gua e o ar atmosfrico, impedindo dessa forma,

a transferncia do oxignio da atmosfera para a gua. Em processo de decomposio

a presena dessas substncias reduz o oxignio dissolvido elevando a DBO e a DQO,

causando alterao no ecossistema aqutico.

Fsforo total: originado naturalmente da dissoluo de compostos do solo e

da decomposio da matria orgnica. A origem antropognica oriunda dos

despejos domsticos e industriais, detergentes, excrementos de animais e fertilizantes.

A presena de fsforo nos corpos dgua desencadeia o desenvolvimento de algas ou

outras plantas aquticas desagradveis, principalmente em reservatrios ou guas

paradas, podendo conduzir ao processo de eutroficao.Cdmio (Cd):Possui uma grande mobilidade em ambientes aquticos, bio-

acumulativo e persistente no ambiente, acumula em organismos aquticos,

possibilitando sua entrada na cadeia alimentar. Est presente na gua doce em

concentraes trao, geralmente inferior a 1 g/L. Pode ser liberado para o ambiente

atravs da queima de combustveis fsseis e tambm utilizado na produo de

pigmentos, baterias, soldas, equipamentos eletrnicos, lubrificantes, acessrios


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fotogrficos, praguicidas etc. um subproduto da minerao do zinco. O elemento e

seus compostos so considerados potencialmente carcinognicos e pode ser fator

para vrios processos patolgicos no homem, incluindo disfuno renal, hipertenso,

arteriosclerose, doenas crnicas em idosos alm do cncer.

Brio (Ba): Em geral ocorre nas guas naturais em baixas concentraes,

variando de 0,7 a 900 g/L. normalmente utilizado nos processos de produo de

pigmentos, fogo de artifcio, vidros e praguicidas. A ingesto de brio, em doses

superiores s permitidas, pode causar desde um aumento transitrio da presso

sangnea, por vaso-constrio, at srios efeitos txicos sobre o corao.

Chumbo (Pb): Em sistemas aquticos, o comportamento de compostos de

chumbo determinado principalmente pela hidro-solubilidade. Concentraes de

chumbo acima de 0,1mg/L inibem a oxidao bioqumica de substncias orgnicas, e

so prejudiciais para os organismos aquticos inferiores. Concentraes de chumbo

entre 0,2 e 0,5mg/L empobrecem a fauna, e a partir de 0,5mg/L a nitrificao inibidana gua. A queima de combustveis fsseis uma das principais fontes, alm da sua

utilizao como aditivo antiimpacto na gasolina. O chumbo uma substncia txica

cumulativa. Uma intoxicao crnica por este metal pode levar a uma doena

denominada saturnismo. Outros sintomas de uma exposio crnica ao chumbo,

quando o efeito ocorre no sistema nervoso central, so: tontura, irritabilidade, dor de

cabea, perda de memria, entre outros. Quando o efeito ocorre no sistema perifrico

o sintoma a deficincia dos msculos extensores. A toxicidade do chumbo, quando

aguda, caracterizado pela sede intensa, sabor metlico, inflamao gastro-intestinal,

vmitos e diarrias.

Cobre (Cu): As fontes de cobre para o meio ambiente incluem corroso de

tubulaes de lato por guas cidas, efluentes de estaes de tratamento de

esgotos, uso de compostos de cobre como algicidas aquticos, escoamento superficial

e contaminao da gua subterrnea a partir de usos agrcolas do cobre como

fungicida e pesticida no tratamento de solos e efluentes, alm de precipitao

atmosfrica de fontes industriais. As principais fontes industriais so as indstrias de

minerao, fundio, refinaria de petrleo e txtil. No homem, a ingesto de doses

excessivamente altas pode acarretar em irritao e corroso da mucosa, danoscapilares generalizados, problemas hepticos e renais e irritao do sistema nervoso

central seguido de depresso.

Cromo (Cr):Est presente nas guas nas formas tri e hexavalente. Na forma

trivalente o cromo essencial ao metabolismo humano e, sua carncia, causa

doenas. J na forma hexavalente txico e cancergeno, sendo assim, os limites

mximos estabelecidos basicamente em funo do cromo hexavalente. Os


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organismos aquticos inferiores podem ser prejudicados por concentraes de cromo

acima de 0,1mg/L, enquanto o crescimento de algas j est sendo inibido no mbito

de concentraes de cromo entre 0,03 e 0,032mg/L. O cromo, como outros metais,

acumula-se nos sedimentos. comumente utilizado em aplicaes industriais e

domsticas, como na produo de alumnio anodizado, ao inoxidvel, tintas,

pigmentos, explosivos, papel e fotografia.

Nquel (Ni): A maior contribuio para o meio ambiente, atravs da atividade

humana, a queima de combustveis fsseis. Alm disso, as principais fontes so as

atividades de minerao e fundio do metal, fuso e modelagem de ligas, indstrias

de eletrodeposio e, como fontes secundrias, a fabricao de alimentos, artigos de

panificadoras, refrigerantes e sorvetes aromatizados. Doses elevadas de nquel

podem causar dermatites nos indivduos mais sensveis e afetar nervos cardacos e

respiratrios. O nquel acumula-se no sedimento, em musgos e plantas aquticas

superiores.Mercrio (Hg):Entre as fontes antropognicas de mercrio no meio aqutico

destacam-se as indstrias cloro-lcali de clulas de mercrio, vrios processos de

minerao e fundio, efluentes de estaes de tratamento de esgotos, fabricao de

certos produtos odontolgicos e farmacuticos, indstrias de tintas, dentre outras. O

mercrio prejudica o poder de autodepurao das guas a partir de uma concentrao

de apenas 18g/L. Este pode ser adsorvido em sedimentos e em slidos em

suspenso. O metabolismo microbiano perturbado pelo mercrio atravs de inibio

enzimtica. Alguns microrganismos so capazes de metilar compostos inorgnicos de

mercrio, aumentando assim sua toxicidade. A intoxicao aguda pelo mercrio, no

homem, caracterizada por nuseas, vmitos, dores abdominais, diarria, danos nos

ossos e morte. A intoxicao crnica afeta glndulas salivares, rins e altera as funes

psicolgicas e psicomotoras.

Zinco (Zn): oriundo de processos naturais e antropognicos, dentre os quais

se destaca a produo de zinco primrio, combusto de madeira, incinerao de

resduos, siderurgias, cimento, concreto, cal e gesso, indstrias txteis, termoeltricas

e produo de vapor, alm dos efluentes domsticos. Alguns compostos orgnicos de

zinco so aplicados como pesticidas. O zinco, por ser um elemento essencial para oser humano, s se torna prejudicial sade quando ingerido em concentraes muito

altas, levando s perturbaes do trato gastro-intestinal.

Fenis: Os fenis so compostos orgnicos, oriundos, nos corpos dgua,

principalmente dos despejos industriais. So compostos txicos aos organismos

aquticos, em concentraes bastante baixas, e afetam o sabor dos peixes e a

aceitabilidade das guas. Para os organismos vivos, os compostos fenlicos so


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txicos protoplasmticos, apresentando a propriedade de combinar-se com as

protenas teciduais. O contato com a pele provoca leses irritativas e aps ingesto

podem ocorrer leses custicas na boca, faringe, esfago e estmago manifestados

por dores intensas, nuseas, vmitos, diarrias e pode ser fatal. Aps absoro, tem

ao lesiva sobre o sistema nervoso podendo ocasionar cefalia, paralisias, tremores,

convulses e coma.

Ferro (Fe):Aparece, normalmente, da dissoluo de compostos do solo e dos

despejos industriais. O ferro, em quantidade adequada, essencial ao sistema

bioqumico das guas, podendo, em grandes quantidades, se tornar nocivo, dando

sabor e cor desagradveis gua, alm de elevar a dureza, tornando-a inadequada

ao uso domstico e industrial.

Mangans (Mn): utilizado na fabricao de ligas metlicas e baterias e na

indstria qumica em tintas, vernizes, fogos de artifcios e fertilizantes, entre outros.

Sua presena, em quantidades excessivas, indesejvel devido ao seu efeito nosabor, aparecimento de manchas nas roupas lavadas e acmulo de depsitos. A gua

potvel contaminada com mangans desenvolve a doena denominada manganismo.

Cloretos: As guas naturais, em menor ou maior escala, contm ons

resultantes da dissoluo de minerais. Os ons cloretos so advindos da dissoluo de

sais. Um aumento no teor de cloretos na gua indicador de uma possvel poluio

por esgotos (atravs de excreo de cloreto pela urina) ou por despejos industriais.

Surfactantes: As substncias tensoativas reduzem a tenso superficial da

gua, pois possuem em sua molcula uma parte solvel e outra no solvel na gua.

A constituio dos detergentes sintticos tem como princpio ativo o denominado

"surfactante" e algumas substncias denominadas de coadjuvantes, como o fosfato. O

principal inconveniente dos detergentes na gua se relaciona aos fatores estticos,

devido formao de espumas em ambientes aerbios.

Sdio (Na): O sdio pode provir, principalmente, de esgotos, fertilizantes,

indstrias de papel e celulose.

Potssio (K): encontrado em baixas concentraes nas guas naturais j

que rochas que contm potssio so relativamente resistentes s aes do tempo.

Entretanto, sais de potssio so largamente usados na indstria e em fertilizantes paraagricultura e entra nas guas com descargas industriais e lixiviao das terras

agrcolas. O potssio usualmente encontrado na forma inica e os sais so

altamente solveis.

Cianetos (CN): So os sais do hidrcido ciandrico (cido prssico, HCN)

podendo ocorrer na gua em forma de nion (CN-) ou de cianeto de hidrognio (HCN).

Em valores neutros de pH prevalece o cianeto de hidrognio. Cianetos tm um efeito


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muito txico sobre microorganismos. Uma diferenciao analtica entre cianetos livres

e complexos imprescindvel, visto que a toxicidade do cianeto livre muito maior. Os

cianetos so utilizados na indstria galvnica, no processamento de minrios

(lixiviao de cianeto) e na indstria qumica. So tambm aplicados em pigmentos e

praguicidas. Podem chegar s guas superficiais atravs dos efluentes das indstrias

galvnicas, de tmpera, de coque, de gs e de fundies.

Alumnio (Al): o principal constituinte de um grande nmero de

componentes atmosfricos, particularmente de poeira derivada de solos e partculas

originadas da combusto de carvo. Na gua, o alumnio complexado e influenciado

pelo pH, temperatura e a presena de fluoretos, sulfatos, matria orgnica e outros

ligantes. O alumnio pouco solvel em pH entre 5,5 e 6,0, devendo apresentar

maiores concentraes em profundidade, onde o pH menor e pode ocorrer

anaerobiose. O aumento da concentrao de alumnio est associado com o perodo

de chuvas e, portanto, com a alta turbidez. Outro aspecto chave da qumica doalumnio sua dissoluo no solo para neutralizar a entrada de cidos com as chuvas

cidas. Nesta forma, ele extremamente txico vegetao e pode ser escoado para

os corpos d'gua. A principal via de exposio humana no ocupacional pela

ingesto de alimentos e gua. O acmulo de alumnio no homem tem sido associado

ao aumento de casos de demncia senil do tipo Alzheimer. No h indicao de

carcinogenicidade para o alumnio.

Sulfetos: So combinaes de metais, no metais, complexos e radicais

orgnicos ou eles so os sais e steres do cido sulfdrico (H2S), respectivamente. A

maioria dos sulfetos metlicos de uso comercial de origem vulcnica. Sulfetos

metlicos tm importante papel na qumica analtica para a identificao de metais.

Sulfetos inorgnicos encontram aplicaes como pigmentos e substncias

luminescentes. Sulfetos orgnicos e disulfetos so amplamente distribudos na fauna e

flora. Sulfetos orgnicos so aplicados industrialmente como protetores de radiao e

queratoltica. Os ons de sulfeto presentes na gua podem precipitar na forma de

sulfetos metlicos em condies anaerbicas e na presena de determinados ons

metlicos.

Magnsio (Mg): um elemento essencial para a vida animal e vegetal. Aatividade fotossinttica da maior parte das plantas baseada na absoro da energia

da luz solar, para transformar gua e dixido de carbono em hidratos de carbono e

oxignio. Esta reao s possvel devido presena de clorofila, cujos pigmentos

contm um composto rico em magnsio. A falta de magnsio no corpo humano, pode

provocar diarria ou vmitos bem como hiper-irritabilidade ou uma ligeira calcificao

nos tecidos. O excesso de magnsio prontamente eliminado pelo corpo. Entre outras


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aplicaes dos seus compostos salientam-se as utilizaes do xido de magnsio na

fabricao de materiais refratrios e nas indstrias de borracha, fertilizantes e

plsticas. O uso do hidrxido em medicina como anticido e laxante, do carbonato

bsico como material isolante em caldeiras e tubagens e ainda nas indstrias de

cosmticos e farmacuticos. Por ltimo, os sulfatos (sais de Epsom) so usados como

laxantes, fertilizantes para solos empobrecidos em magnsio e ainda nas indstrias

txtil e papelaria. O cloreto usado na obteno do metal, na indstria txtil e na

fabricao de colas e cimentos especiais. As aplicaes do metal so mltiplas, como

a construo mecnica, sobretudo nas indstrias aeronutica e automobilstica, quer

como metal puro, quer sob a forma de ligas com alumnio e zinco, ou com metais

menos freqentes, como o zircnio, o trio, os lantandeos e outros.

Boro (B):O boro muito reativo de forma que dificultada a sua ocorrncia no

estado livre. Contudo, pode-se encontr-lo combinado em diversos minerais. O boro,

na sua forma combinada de brax (Na2B4O7,10H2O) utilizado desde temposimemoriais. O brax usado como matria-prima na produo de vidro de borosilicato,

resistente ao calor, para usos domsticos e laboratoriais, familiarmente conhecido pela

marca registrada Pirex. O boro elementar duro e quebradio, como o vidro, e

portanto tem aplicaes semelhantes a este. Pode ser adicionado a metais puros,

ligas ou outros slidos, para aumentar a sua resistncia plstica, aumentando, assim,

a rigidez do material. No significativamente txico, e no pode ser classificado

como veneno; no entanto, quando em p muito fino, duro e abrasivo, podendo

causar indiretamente problemas de pele, se esta for esfregada depois de estar em

contato com ele. So indispensveis pequenas quantidades de boro para o

crescimento das plantas, mas em grandes quantidades txico. O boro acumulado no

corpo atravs da absoro, ingesto ou inalao dos seus compostos, atua sobre o

sistema nervoso central, causando hipotenso, vmitos e diarria e, em casos

extremos, coma.

Arsnio (As): Devido s suas propriedades semimetlicas, o arsnio

utilizado em metalurgia como um metal aditivo. A adio de cerca de 2% de arsnio ao

chumbo permite melhorar a sua esfericidade, enquanto 3% de arsnio numa liga

base de chumbo melhoram as propriedades mecnicas e otimiza o seucomportamento a elevadas temperaturas. Pode tambm ser adicionado em pequenas

quantidades s grelhas de chumbo das baterias para aumentar a sua rigidez. O

arsnio, quando muito puro, utilizado na tecnologia de semicondutores, para

preparar arsenieto de glio. Este composto utiliza-se na fabricao de diodos, LEDs,

transistores e laser. O arsenieto de ndio usado em detectores de infravermelho e

em aplicaes de efeito Hall. A toxicidade do arsnio depende do seu estado qumico.


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Enquanto o arsnio metlico e o sulfureto de arsnio so praticamente inertes,

o gs AsH3 extremamente txico. De um modo geral, os compostos de arsnio so

perigosos, principalmente devido aos seus efeitos irritantes na pele e suas toxicidades

so principalmente devidas ingesto e no inalao embora deva haver cuidados

de ventilao em ambientes industriais que usem compostos de arsnio.

Selnio (Se): um elemento raro que tem a particularidade de possuir um

odor pronunciado bastante desagradvel e que ocorre no estado nativo juntamente

com o enxofre ou sob a forma de selenetos em certos minerais. As principais fontes de

selnio so, todavia, os minrios de cobre, dos quais o selnio recuperado como

subproduto nos processos de refinao eletroltica. O selnio e os seus compostos

encontram largo uso nos processos de reproduo xerogrfica, na indstria vidreira

(seleneto de cdmio, para produzir cor vermelho-rubi), como desgaseificante na

indstria metalrgica, como agente de vulcanizao, como oxidante em certas reaes

e como catalisador. O selnio elementar relativamente pouco txico. No entanto,alguns dos seus compostos so extremamente perigosos. A exposio a vapores que

contenham selnio pode provocar irritaes dos olhos, nariz e garganta. A inalao

desses vapores pode ser muito perigosa devido sua elevada toxicidade.

1.1.5 gua do Lago Batata (localizao e importncia do lago)4

A partir dos anos oitenta a produo de alumnio parou de crescer nos pases

industriais como Europa, EUA e Japo e comeou a crescer em pases do hemisfrio

sul, como Brasil, ndia e Ghana. Com esse aumento e com essa diferenciao do foco

de produo ocorreram mudanas e nesses pases comearam a acontecer graves

destruies ambientais.

No Brasil o alumnio obtido a partir de um minrio chamado bauxita que

extrado de uma mina em Porto Trombetas (terceira maior mina de bauxita do mundo)

na floresta amaznica e transportado atravs de barcos para dois complexos das

fbricas, uma em So Lus (Maranho) e outro complexo em Barcarena (Par) perto

de Belm, onde o alumnio fabricado. Para fabric-lo necessrio separar oselementos que compe a bauxita da alumina primeiramente, atravs de um processo

qumico de refinao. No segundo processo de eletrlise necessrio um consumo

enorme de energia.

Em conseqncia da lavagem de bauxita, o lago Batata e o rio Sapone esto

muito poludos de maneira que a populao da regio no consegue mais consumir

suas guas.


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Figura 1.1.6 Foto do Lago Batata junto margem do Rio Trombetas.

O Lago Batata (figura 1.1.6) um tpico lago amaznico de guas claras que

sofreu impactos antropognicos. Localiza-se margem direita do Rio Trombetas,

prximo a Porto Trombetas, municpio de Oriximin (PA) e vem sendo poludo a vinte

anos atravs do processo de lavagem da bauxita onde muita gua utilizada nesse

processo depositada no lago que teve 30% de sua rea assoreada pelo lanamento

do rejeito de bauxita.

Desta forma, pode-se distinguir duas reas nesse ecossistema: impactada e

natural. Neste trabalho utilizamos a amostra da gua do lago no impactada.

1.2 Conceitos bsicos sobre Espectroscopia

1.2.1 Introduo:

Para a boa compreenso da estrutura e propriedades da matria, alguns

mtodos de anlise so usados. Como o objetivo central deste trabalho a anlise

das propriedades pticas da gua, importante demonstrar um mtodo

dissertacao roge

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