Relação entre a alcalinidade total, a dureza dos carbonatos e o pH

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Com o contínuo desenvolvimento socioeconômico, grandes quantidades de águas residuais são descartadas sem tratamento, o que afeta gravemente as massas d’água dos rios. Isso altera as características químicas da água, e a poluição se torna cada vez mais grave. Essa situação alterada apresenta novos desafios para o trabalho de monitoramento da qualidade da água. O objetivo do monitoramento da qualidade da água é refletir de maneira oportuna, precisa e abrangente a condição da qualidade do ambiente aquático e suas tendências de desenvolvimento. Isso fornece uma base científica para a gestão, planejamento e controle da poluição da água. Trata-se de um trabalho fundamental para o uso racional, desenvolvimento e proteção dos recursos hídricos. Além disso, funciona como um “sentinela” e um meio de vigilância para controlar a poluição da água, proteger o ambiente aquático e melhorá-lo. A pesquisa científica no campo do meio ambiente aquático é de grande importância para o desenvolvimento da economia nacional e para a proteção da saúde da população. 1 Visão geral 1) Alcalinidade: É a quantidade total de substâncias alcalinas presentes na água que precisa ser neutralizada, a fim de reduzir o pH da água tratada a um valor correspondente ao pH de uma solução aquosa pura de CO2. 2) Dureza temporária: também conhecida como dureza de carbonatos, refere-se ao teor de carbonatos de cálcio e magnésio na água. Como o teor de carbonatos na água natural é muito baixo, eles só existem em águas alcalinas. Portanto, a dureza temporária refere-se, em geral, ao teor de bicarbonatos na água; ao ferver, os bicarbonatos presentes na água se decompondem, formando precipitados de carbonato. 3) pH: Valor que indica o grau de acidez ou alcalinidade de uma solução. É a razão entre a quantidade total de íons de hidrogênio e a quantidade total de matéria presente na solução. 2 Métodos de detecção 2.1 Princípio do método da alcalinidade total: A amostra de água é titulada com uma solução ácida padrão até atingir o valor de pH especificado. O ponto final da titulação é determinado pela mudança de cor do indicador ácido-base quando esse valor de pH é alcançado. Quando a titulação é realizada até que o indicador fenolftaleína mude de cor, de vermelha para incolor, o valor de pH da solução é 8,3. Isso indica que os íons hidroxila na água foram neutralizados, e todos os carbonatos se transformaram em bicarbonatos ； Quando a titulação é realizada até que o indicador de cor laranja-claro se transforme em laranja-avermelhado, o valor de pH da solução fica entre 4,4 e 4,5. Isso indica que os bicarbonatos presentes na água foram neutralizados, incluindo aqueles presentes no petróleo bruto e aqueles que foram formados a partir de carbonatos. Com base na quantidade de solução padrão de ácido clorídrico consumida ao se atingir esses dois pontos finais, calcula-se o teor de carbonato e bicarbonato na água, bem como a alcalinidade total. Quando o fenolftaleína é usado como indicador, a quantidade de solução padrão de ácido clorídrico necessária para que ocorra a mudança de cor é P (ml). Já quando o vermelho de metila é usado como indicador, a quantidade de solução padrão de ácido clorídrico necessária para que ocorra a mudança de cor é M (ml). 2.2 Princípio do método de determinação da dureza temporária: Os bicarbonatos (e carbonatos) presentes na água reagem com o metil-óxido, que atua como indicador, da seguinte maneira: Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2↑ + 2H2O. Se houver também carbonatos, eles também reagem: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O. Se a água conter ácidos orgânicos, bicarbonatos ou carbonato de sódio (ou potássio), esses componentes consomem o ácido clorídrico. Portanto, antes de determinar a dureza dos carbonatos, é necessário determinar a concentração desses componentes e corrigir os resultados obtidos. Caso contrário, a dureza dos carbonatos calculada será maior do que o valor real. 2.3 Princípio do método de determinação do valor de pH O valor de pH é obtido através da medição da força eletromotriz da célula de medição. Essa bateria é geralmente composta por um eletrodo de mercúrio saturado como eletrodo de referência, e um eletrodo de vidro como eletrodo indicador. A 25 °C, a cada mudança de 1 unidade de pH na solução, a diferença de potencial varia 59,16 mV. Com base nisso, a leitura é exibida diretamente no instrumento em termos de pH. Existem dispositivos de compensação nos instrumentos para as diferenças de temperatura. 3 Reagentes químicos utilizados no trabalho 3.1 Reagentes para determinação da alcalinidade total Indicador de fenolftaleína: pesar 0,5 g de fenolftaleína e dissolvê-la em 100 ml de etanol a 95%. Em seguida, adicionar solução de hidróxido de sódio a 0,1 mol/L até que apareça uma cor vermelha clara. Indicador de vermelho de metila: Pese 0,1 g de vermelho de metila e dissolva-o em 100 ml de água destilada. Solução padrão de titulação de ácido clorídrico: C(HCl) = 0,025 mol/L. 3.2 Reagentes para medição da dureza carbonática: Ácido clorídrico: 0,1 mol/L. Hidróxido de sódio: 0,1 mol/L. Solução de vermelho de metila: 0,05%. 4 Testes na prática de trabalho 4.1 Quando o pH está entre 4,4 e 4,5, amostras de água coletadas em 1º de novembro de 2011 pelo Centro de Monitoramento Ambiental de Benxi para uma grande empresa localizada na cidade de Benxi. Esta amostra de água foi analisada com um pHmetro, e seu valor de pH foi de 2,2. Determinação da alcalinidade total: Coloca-se 100 ml da amostra de água em um frasco cônico de 250 ml, como amostra a ser analisada. Adicionam-se 4 gotas de fenolftaleína e mistura-se bem; a amostra de água fica incolor ； Adicione mais 3 gotas de vermelho de metila e agite bem. A amostra de água ficará imediatamente de cor laranja-avermelhada. Nesse momento, a quantidade de ácido clorídrico consumido é M+P=0, e a alcalinidade total da amostra de água é 0. Determinação da dureza carbonática: Coletar 100 ml de amostra de água, colocá-la em um frasco triangular de 250 ml e adicionar 3 gotas de solução de vermelho de metila. A cor desta amostra de água tornou-se laranja-avermelhada, e a dureza carbonática desta amostra é 0. 4.2 Quando 4,4~4,5 < pH < 8,3: 4.2.1 Nos casos em que a amostra de água não contém bicarbonato de sódio (e potássio) ou carbonato de sódio (e potássio), trata-se de amostras coletadas em 1º de novembro de 2011 pelo Centro de Monitoramento Ambiental de Benxi, para uma grande empresa localizada na cidade de Benxi. Esta amostra de água foi analisada com um medidor de acidez, e seu valor de pH foi de 6,3. Determinação da alcalinidade total: Os passos são os mesmos descritos em 4.1 para a determinação da alcalinidade total. Quando o indicador de metil laranja muda de cor, de amarelo-claro para laranja-avermelhado, a quantidade de ácido clorídrico consumido é de 4,2 ml. A alcalinidade total da amostra de água é calculada, e o valor obtido é de 52,6 mg/L. Determinação da dureza de carbonatos: os passos são os mesmos da determinação da dureza de carbonatos em 4.1. O volume de ácido clorídrico consumido por esta amostra de água foi de 1,00 ml. A dureza carbonática desta amostra de água é, após cálculos, de 50,0 mg/L. 4.2.2 Exemplos de amostras de água que contêm bicarbonato de sódio (e potássio) ou carbonato de sódio (e potássio). Essas amostras foram coletadas em 11 de novembro de 2011 pelo Centro de Monitoramento Ambiental de Benxi, para uma grande empresa localizada na cidade de Benxi. Esta amostra de água foi analisada com um pHmetro, e seu valor de pH é 6,2. Determinação da alcalinidade total: Os passos são os mesmos descritos em 4.1 para a determinação da alcalinidade total. Quando o indicador de metil-alaranjado muda de cor, de amarelo-claro para laranja-avermelhado, a quantidade de ácido clorídrico consumido é de 3,70 ml. A alcalinidade total da amostra de água é calculada, e o valor obtido é de 46,3 mg/L. Determinação da dureza por carbonatos: Colete 100 ml da amostra de água e coloque-a em um frasco de 250 mL. Adicione 4 gotas da solução de fenolftaleína; se não ocorrer cor vermelha, ferva a mistura por 5 a 7 minutos. Se surgir cor vermelha, isso indica a presença de bicarbonatos, ou seja, de NaHCO3 ou KHCO3. Nesse caso, deve-se seguir os seguintes passos para a determinação: 1) Colete 100 ml da amostra de água, adicione 3 gotas de metil-oren como indicador e titule com ácido clorídrico a 0,1 mol/L até que a cor fique laranja-claro. Anote o volume utilizado (V1), que foi de 0,80 ml. 2) Coletar 100 ml da amostra de água. Adicionar 0,80 mL de solução de hidróxido de sódio com concentração de 0,1 mol/L, quantidade equivalente à utilizada de ácido clorídrico com a mesma concentração (V1). Aquecer até que a mistura comece a ferver; em seguida, resfriá-la rapidamente em um banho de água fria. Filtrar os precipitados formados, como o CaCO3. Lavar o papel filtrante com uma pequena quantidade de água destilada. Depois, adicionar 3 gotas de corante metil-alaranjado ao filtrado. Titular com ácido clorídico a 0,1 mol/L até que a cor se torne laranja-claro. Registrar a quantidade utilizada (V2): 1,10 ml. Nesse momento, o teor de carbonatos na amostra de água foi calculado, resultando em uma dureza de carbonatos de 25,0 mg/L para essa amostra. 4.3 Nos casos em que o pH é maior que 8,3, foram analisados amostras de água coletadas em 4 de novembro de 2011 pelo Centro de Monitoramento Ambiental de Benxi, para uma grande empresa localizada na cidade de Benxi. Esta amostra de água foi analisada com um medidor de acidez, e seu valor de pH foi de 8,7. Determinação da alcalinidade total: Retira-se 100 ml da amostra de água e coloca-se em um frasco cônico de 250 ml, como amostra a ser analisada. Adicionam-se 4 gotas de fenolftaleína e mistura-se bem. Em seguida, utiliza-se uma solução padrão de ácido clorídrico para titulação, até que a cor desapareça completamente. Registra-se a quantidade de solução padrão de ácido clorídrico utilizada, que foi de 6,3 ml ； Adicione mais 3 gotas de vermelho de metila e agite bem. Quando o indicador vermelho de metila mudar de cor, de laranja-claro para laranja-avermelhado, isso significa que a quantidade de ácido clorídrico consumido é de 3,8 ml. A alcalinidade total da amostra de água pode ser calculada, sendo que o valor obtido é de 126 mg/L. Determinação da dureza carbonática: Coleta-se 100 ml de amostra de água, que é colocada em um frasco de 250 ml. Adicionam-se 4 gotas da solução de fenolftaleína; se a cor se tornar vermelha, isso indica a presença de carbonatos, ou seja, de Na2CO3 ou K2CO3. Em seguida, adiciona-se ácido clorídrico para que a solução fique incolor. Registra-se a quantidade utilizada, P, que é de 0,9 ml. Depois, adicionam-se mais 3 gotas da solução de metilorange, e a titulação continua até que a cor fique laranja-claro. Nesse ponto, regista-se a quantidade utilizada, M, que é de 1,5 ml. Nesse momento, o teor de carbonatos na amostra de água foi calculado, resultando em uma dureza de carbonatos de 30,0 mg/L para essa amostra. 5 Conclusões 1) Quando o pH da dureza carbonática ； 3) Dureza total > Alcalinidade total > Dureza de carbonatos ； Quando o pH > 8,3, a alcalinidade total é maior que a dureza dos carbonatos. 6 Conclusão Atualmente, à medida que passamos de um sistema de gestão hídrica voltado para fins de engenharia para um sistema focado no uso eficiente dos recursos hídricos, e de um sistema tradicional para um sistema moderno, enfrentamos desafios como escassez de água, poluição grave da água e deterioração do ecossistema aquático. As necessidades do desenvolvimento econômico e social na nova era exigem padrões mais elevados em termos de monitoramento da qualidade da água. Compreender a relação entre a alcalinidade total, a dureza dos carbonatos e o pH permite determinar a tendência geral e a precisão dos resultados das medições. Isso possibilita fornecer, de maneira oportuna e precisa, dados confiáveis para os órgãos responsáveis, oferecendo assim uma base científica para a prevenção e controle da poluição. O conteúdo acima foi fornecido pelo site Rotor Douding. Trata-se da relação entre a alcalinidade total, a dureza dos carbonatos e o pH (Autores: Sun Jianjun, Mao Yufeng). Os equipamentos de medição em tempo real para determinar a dureza, a alcalinidade e o pH são os seguintes: Dureza: PACON 5000; Alcalinidade: PACON 5500; pH: innoCon 6800P