Relatório Experimental Para A Determinação Da Dureza Total Da água.

O relatório foi desenvolvido a partir de uma titulação em uma aula prática de determinação da dureza total da água na disciplina de Química Analítica Quantitativa. O método utilizado para determinar a dureza é analise volumétrica. “A análise volumétrica consiste em determinar quantidades de substância desconhecidas, ou concentrações desconhecidas por meio de medida de volumes [...]” (CONSTANTINO, 2011, p. 79). Na análise volumétrica foi realizada utilizando a solução padronizada de “EDTA (ácido etilenodiaminotetroácetico) agente complexante de notável importância em determinações analíticas [...]” (RAIJ, 1966, p. 317).

Foi utilizado o método de titulometria de complexação, é o método mais comumente empregado na determinação desses parâmetros, sendo baseado na reação do ácido etilenodiaminatetracético (EDTA) ou seus sais de sódio que formam complexos solúveis quelados com certos cátions metálicos.

As titulações complexométricas são extremamente úteis para a determinação de um grande número de metais. Muitos íons metálicos formam complexos satisfatoriamente estáveis. Os indicadores para íons metálicos são compostos cuja cor varia quando eles se ligam a um íon metálico. Para que um indicador funcione de maneira ativa, ele deve se ligar ao metal mais fracamente que o EDTA.

“Os processos de formação de íons complexos podem ser descritos pelo termo geral complexação. Uma reação de complexação com um íon metálico envolve a substituição de uma ou mais moléculas de solvente, que estão coordenadas, por outros grupos nucleofílicos. Os grupos ligados ao íon central são chamados de ligantes [...]”. (VOGEL, 2011, p.24)

Foram realizadas análises volumétricas de uma amostra de água mineral (tipo 2) pelo menos três vezes pela técnica da titulação complexométrica. A técnica é iniciada ao fixar a bureta com a torneira fechada no suporte universal, em seguida encheu a bureta com a solução de EDTA com concentração 0,01 M já preparada previamente. É necessária uma minuciosa observação de cada gota que é liberada da bureta para o erlenmeyer para poder observar o ponto de viragem (ou de equivalência). Além da necessidade da calibração do titulador há cada titulação realizada, o volume da gota é mantido constante e está associado à altura do reservatório da bureta. Em outras palavras a técnica de titulação é:

“Baseada na contagem do número de gotas. Des¬de que a solução titulante seja padronizada no próprio titulador, quando se determina o número de mol de titulante por gota e garantindo-se que o volume da gota seja constante, torna-se dispensável saber o volume da gota para que a concentração do analito seja determinada” (OLIVEIRA; LIMA; SILVA, 2010, p.722).

A identificação do ponto de viragem (ou ponto de equivalência) depende da visualização (influência) do analista. “O ponto de equivalência (PE) ocorre quando a quantidade de titulante adicionada é a quantidade exata necessária para uma reação estequiométrica com o titulado.” (OSAWA; GONÇALVES, 2006, p. 594).

O eriochrome black T foi utilizado como indicador orgânico que possui uma cor na sua forma não ionizada (rosa) e outra na forma ionizada (azul), ou seja, ocorre a mudança de cores bem visíveis e podemos assim, saber nitidamente em que ponto a reação termina. Além de possuir uma estrutura complexa, pois geralmente é composta por várias ligações duplas ao longo de sua cadeia. Como definição os indicadores:

“São substâncias capazes de mudar de cor dependendo das características físico-químicas da solução na qual estão contidas. Podem ser classificados de acordo com o mecanismo de mudança de cor ou os tipos de titulação nos quais são aplicados. Os indicadores ácido-base, ou indicadores de pH, são substâncias orgânicas fracamente ácidas (indicadores ácidos) ou fracamente básicas (indicadores básicos) que apresentam cores diferentes para as suas formas protonadas e desprotonadas. A mudança de coloração ocorre numa estreita, porém, bem definida faixa de pH.”(CUCHINSKI; CAETANO; DRAGUNSKI, 2010, p. 17)

A amostra da água mineral utilizada estava exposta na bancada do laboratório. “Águas minerais são águas que ocorrem naturalmente em certos locais e que possuem constituintes minerais, conferindo-lhes sabor próprio e/ou valor terapêuticos.” (LEONARDO; MARTINS; FIOLHAIS, 2011, p.1094). Esses constituintes podem ser algumas impurezas encontradas nas águas.

Dureza é um parâmetro característico da qualidade de águas sendo que do ponto de vista da potaciabilidade são admitidos valores máximos relativamente altos, típicos de águas duras ou muito duras. A dureza de uma água foi denominada como a soma das concentrações de cálcio e magnésio, expressas em termos de carbonato de cálcio, em miligramas por litro. Há alguns anos atrás o “[...] método simples de verificar a dureza da água era com recurso da espuma produzida por adição de sabão [...]” (LEONARDO; MARTINS; FIOLHAIS, 2011, p.1101). Atualmente ela é verificada com outros parâmetros:

“A dureza da água é definida em termos da concentração dos cátions cálcio e magnésio, normalmente acompanhados pelos ânions carbonato, bicarbonato, cloreto e ou sulfato. Dependendo da concentração desses cátions, as águas são classificadas como duras (teores acima de 150 mg/L), moles (teores abaixo de 75 mg/L) ou moderadas (entre 75 e 150 mg/L).” (MÓL;BARBOSA; SILVA, 1995, p.32)

A dureza da água é expressa matematicamente em mg/L CaCO3, através da relação:

Dureza Total em mg/lCaCO3= ml de EDTA X 1000 X Fc

ml de amostra

O fator de correção e o desvio-padrão são técnicas estatísticas para se eliminar ou minimizar os erros. No caso, pede-se o fator de correção para a concentração do titulante (EDTA) na análise da dureza quando houver e for diferente de 1.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Materiais e equipamentos utilizados:

3 erlenmeyer de 125ml

Micro pipetador

Indicador eriochrome black T

Solução tampão amônia pH 10

Solução Padrão de EDTA 0,01 M

Espátula metálica

Capela de exaustão

Proveta de 25 mL

Água mineral (tipo 2)

Com os materiais supracitados sobre a bancada do laboratório, iniciou-se o experimento, utilizando três erlenmeyer de 125 mL cada. Foi medido em uma proveta 25 mL de água (tipo 2) e depois transferida para cada um dos erlenmeyer . Em seguida os erlenmeyer foram levados para a capela de exaustão e com o auxilio de um micro-pipetador foi adicionou 2 mL da solução tampão (amônia) de pH 10 com a finalidade de manter alta a concentração de titulante (EDTA). A capela de exaustão foi utilizada com o intuito de retirar o odor e o vapor tóxico da solução tampão. Posteriormente com o auxílio da espátula metálica foi adicionado o indicador eriochrome black T , na sequencia agitou a solução no erlenmyer ate homogeneinizar e ficar com a coloração rosa. Para zerar a bureta automática pressionou-se o bulbo de borracha para que a solução EDTA atingisse o traço referente a 0 mL. Foi aberta a torneira da bureta lentamente (gota a gota) transferindo a solução de EDTA da bureta para o erlenmeyer, agitando constantemente e observando atentamente cada que gota de EDTA que caia na amostra contida no erlenmeyer e iniciava a mudança de cor (de rosa para azul), isto é, ponto viragem. Fechou-se a bureta e agitou-se o erlenmeyer. Observou-se atentamente a titulação, pois uma gota poderia determinar o ponto de viragem (mudança de cor definitiva). Quando ocorreu a alteração permanente da cor interrompeu-se a adição de EDTA. A cada consumo do EDTA na bureta era necessária que completa-se a bureta novamente ate o volume 0 mL da bureta. O volume de EDTA gasto respectivamente nos três erlenmeyer foi 1,65; 1,09; 1,75 mL e a cor obtida nos três erlenmeyer foram azuis.

ANÁLISE E DISCUSSÃO

As três amostras foram tituladas com EDTA 0,01 M, usando eriochrome black T como indicador, em pH 10 controlado com tampão amônia. Os íons Ca2+ e Mg2+ de uma solução formam um complexo rosa com a adição do indicador. Pela adição de EDTA à solução rosa, ocorre à formação de um complexo estável e não dissociado com íons Ca++ e Mg++. Quando a quantidade de EDTA for suficiente para complexar todo o cálcio e magnésio, a solução toma a cor azul do corante, o que indica o fim da titulação.

Para isso foi utilizada a volumetria de formação de complexos utilizando o método de complexometria com EDTA. O Acido etilenodiaminotetracetico (EDTA), em condições adequadas de pH, forma complexos solúveis em água, extremamente estáveis, com a maioria dos metais, inclusive os alcalino-terrosos (Ca e Mg)

A dureza da água é definida em termos da concentração dos Ca2+ e Mg2+ , comumente acompanhados pelos ânions carbonato, bicarbonato, cloreto e ou sulfato. Dependendo da concentração desses cátions, as águas são classificadas segundo a literatura como mostra no quadro abaixo:

mg/L CaCO3 GRAU DE DUREZA

0 – 75 Mole

75 – 150 Moderada

150 – 300 Dura

Para o cálculo da dureza total é necessário verificar que, o EDTA 0,01M que equivale a 0,02N reagirá com a os íons responsáveis pela dureza na amostra em proporções 1:1 (um par um) de acordo com a estequiometria da reação. Desta forma pode-se concluir que o volume gasto de EDTA tenderá a ser o equivalente a concentração de íons de dureza na amostra no momento de sua titulação. Desta forma, o fator de correção pode ser calculado pela equação. Sabendo que o fator de correção descrito no rótulo é Fc = 0,995. A dureza da água é expressa matematicamente em mg/L CaCO3, através da relação:

Amostra 1:

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= (ml de EDTA x 1000 x Fc )/(ml de amostra)

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= (1,65 x 1000 x 0,995 )/25

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= 65,67 mg/l

Amostra2:

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= (ml de EDTA x 1000 x Fc )/(ml de amostra)

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= (1,09 x 1000 x 0,995 )/25

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= 43,38 mg/l

Amostra3.

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= (ml de EDTA x 1000 x Fc )/(ml de amostra)

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= (1,75 x 1000 x 0,995 )/25

Dureza Total em mg⁄lCaCO3= 69,65 mg/l

CONCLUSÃO

A dureza da água pode ser determinada a partir de métodos específicos, dentre os quais está ode complexometria com EDTA. O ponto final da complexometria foi indicado por um indicador de íons metálicos, sendo utilizado o indicador negro de eriocromo nas três amostras. O resultado das três amostras de água utilizada (tipo 2) foi abaixo de 75 sendo classificada como mole segundo o quadro de dureza da água, sendo em baixa concentração a presença destes. As figuras 1 e 2 são respectivamente amostra da água antes e após a titulação de solução de EDTA.

Figura1. Amostra antes a da adição do EDTA Figura 2 Amostra Após a adição do EDTA

REFERÊNCIAS

OLIVEIRA, André Fernando; LIMA, Alexandre Correa; SILVA, F Souza. Desenvolvimento de um titulador baseado na contagem de gotas. Química Nova. 2010, p. 721-724.

SILVA, Gil Valdo da; DONATE, Paulo Mosca; CONSTANTE, Mauricio Gomes. “Fundamentos de química experimental”. São Paulo. 2004 p. 87.

VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J.; DENNEY, R. C.; BARNES, J. D. Análise química quantitativa. 6 ed. RIO DE JANEIRO: LTC, 2011, p. 190, 217.

VON SPERLING, Marcos. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuais: introdução á qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3 ed. Minas Gerais: DESA, 1995, p. 34.