Determinação da Dureza Total da Agua com EDTA

Determinação da Dureza Total da Agua com EDTA

Universidade Estadual de Santa Cruz

Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas

Determinação da Dureza Total da Água

Com Solução Padrão de EDTA

Almiro Carvalho Franco

2008.111.91

Relatório apresentado como parte das exigências da disciplina CET 060 – Química Analítica Quantitativa – sob a orientação do professor Antônio Santana.

Ilhéus – Bahia

Abril / 2010

. Introdução:

Existem muitas definições diferentes para “análise química”. Talvez seja mais favorável defini-la como a aplicação de um processo ou de uma série de processo para identificar ou quantificar uma substância, ou os componentes de uma solução ou mistura ou, ainda, para determinar a estrutura de compostos químicos (VOGUEL, 1992).

Quando o analista recebe uma amostra completamente desconhecida, a primeira coisa que deve fazer é estabelecer que substâncias estejam presentes. Essa questão pertence ao domínio da análise qualitativa (VOGUEL, 1992).

Uma vez conhecidas as substâncias presentes na amostra, o analista deve, freqüentemente, determinar quanto de cada componente, ou de determinado componente, está presente. Essas determinações pertencem ao domínio da análise quantitativa, e uma grande variedade de técnicas está à disposição do analista para esse fim(VOGUEL, 1992).

Um dos problemas do analista é selecionar uma dentre as várias possibilidades de análise de uma determinada amostra. Para escolher melhor, o analista deve conhecer os detalhes práticos das diversas técnicas e seus princípios teóricos. Ele deve estar familiarizado também com as condições nas quais cada método é confiável, conhecer as possíveis interferências que podem atrapalhar e saber resolver quaisquer problemas que eventualmente ocorram. O analista deve se preocupar com a acurácia e a precisão, o tempo de análise e o custo, principalmente(VOGUEL, 1992).

As principais técnicas usadas em análise quantitativa baseiam-se na reprodutibilidade de reações químicas adequadas, em medidas elétricas apropriadas, na medida de certas propriedades espectroscópicas, no deslocamento característica, sob condições controladas, de uma substância em um meio definido(VOGUEL, 1992).

O acompanhamento quantitativo das reações químicas é a base dos métodos tradicionais ou “clássicos” da análise química: gravimetria, titrimetria e volumetria(VOGUEL, 1992).

Na análise titrimétrica, efetuada na prática, às vezes chamada de análise volumétrica, trata-se a substância a ser determinada com um reagente adequado, adicionado na forma de uma solução padronizada, e determina-se o volume de solução necessário para completar a reação. As reações titrimétricas comuns são as de neutralização (reações ácido-base), a complexação, a precipitação e as reações de oxidação-redução(VOGUEL, 1992).

O termo “análise volumétrica” foi usado para denominar esta modalidade de determinação quantitativa, mas, hoje, refere-se à expressão análise titrimétrica. A razão para isto é que “analise titrimétrica” expressa melhor o processo de titulação(VOGUEL, 1992).

Nessa técnica, alguns produtos químicos são freqüentemente usados em determinadas concentrações como solução de referência. Estas substâncias são conhecidas com padrões primários ou padrões secundários. Um padrão primário é um substancia suficientemente pura para que se possa preparar uma solução padrão por pesagem direta e diluição até um determinado volume de solução(VOGUEL, 1992).

Um padrão primário deve satisfazer os seguintes requisitos (HARRIS, 2005),(VOGUEL, 1992):

  1. Deve ser fácil obter, purificar, secar (de preferência entre 110 e 220oC) e preservar em estado puro;

  2. A substância não deve se alterar no ar durante a pesagem;

  3. A substância deve poder ser testada para impurezas por ensaios qualitativos ou por outros testes de sensibilidade conhecida;

  4. O padrão deve ter massa molecular relativa elevada para que os erros de pesagem possam ser ignorados;

  5. A substância deve ser facilmente solúvel nas condições de trabalho;

  6. A reação com a solução padrão deve ser estequiométrica e praticamente instantânea.

Um padrão secundário é um composto que pode ser usado nas padronizações e cujo teor de substância ativa foi determinado por comparação contra um padrão primário. Em outras palavras, uma solução padrão secundária é aquela em que a concentração do soluto dissolvido não foi determinada por pesagem do composto dissolvido, mas pela titulação de um volume de solução com um volume conhecida de uma solução padrão primária (HARRIS, 2005).

As primeiras titulações foram feitas a partir do século XVIII, e a técnica foi aperfeiçoada no século XIX por Gay-Lussac e Mohr.

As titulações complexométricas são extremamente úteis para a determinação de um grande número de metais. Esta técnica tem alcance de milimoles (10-3 moles ~ 10-3 gramas) e pelo uso de agentes auxiliares e controle do pH, a seletividade necessária pode ser alcançada. O agente quelante é qualquer estrutura, da qual façam parte dois ou mais átomos possuidores de pares de elétrons não utilizados em ligações químicas primárias, mas sim, usados como "imãs" eletrostáticos para se prenderem a íons metálicos.

Muitos íons metálicos formam complexos suficientemente estáveis. Este fato serve de base para um método barato, e de comprovada eficácia  na  determinação de íons metálicos e de seus complexantes.

Por bastante tempo a complexometria foi limitada, principalmente, pela baixa estabilidade dos complexos conhecidos.

Tais limitações somente foram superadas em 1945, quando foi  introduzido o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), um poderoso reagente, que complexa com vários íons, incluindo metais pesados e alcalino terrosos, formando estruturas estáveis do tipo 1:1.

A representação estrutural do EDTA é dada na figura 1:

Figura 1: Estrutura do EDTA

Em uma titulação direta, o analito é titulado com uma solução-padrão de EDTA. O meio a ser titulado é tamponado em um pH apropriado, no qual a constante de formação condicional para o complexo metal - EDTA é grande e a cor do indicador livre é bem diferente da cor do complexo metal-indicador (HARRIS, 2005).

O ponto de equivalência, ou ponto estequiométrico, ocorre quando a quantidade de titulante adicionado é a quantidade exata necessária para uma reação estequiométrica com o analito (HARRIS, 2005), (ATKINS; JONES, 2006).

O ponto final de uma titulação é indicado por uma mudança súbita em alguma propriedade física da solução que pode ser indicada, mais simplesmente, pelo uso de um indicador adequado, que é um composto com uma propriedade física (normalmente a cor) que muda abruptamente quando próximo ao ponto de equivalência. A mudança é causada pelo desaparecimento do analito ou pelo aparecimento de um excesso de titulante (HARRIS, 2005).

Em alguns casos, o ponto final de uma titulação não é exatamente igual ao ponto de equivalência, pois às vezes é preciso a adição de mais solução, para que ocorra o aparecimento da cor, do que a necessária para reagir com o analito. Essa diferença é o inevitável erro analítico, pois com a escolha de uma propriedade física apropriada, cuja mudança é facilmente observada (tal como a cor de um indicador apropriado ou o pH), é possível que o ponto final fique muito próximo ao ponto de equivalência (HARRIS, 2005).

A técnica mais comum para detectar o ponto final em titulação com EDTA é usar um indicador para íons metálicos.

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 eficaz, ele deve se ligar ao metal mais fracamente que o EDTA.

Para que um indicador possa ser usado em uma titulação de um metal com EDTA, ele deverá ser capaz de liberar o seu metálico para ser complexado pela EDTA. Se um metal não se dissocia livremente de um indicador, dizemos que o metal bloqueia o indicador. O negro de eriocromo T (figura2) é bloqueado pelos íons Cu2+, Ni2+, Co 2+, Cr3+, Fe3+ e Al3+ e, por isso, não pode ser usado para a titulação direta de certos metais.

Figura2: Indicador Negro de Eriocromo T

O comportamento de tais indicadores é um tanto complicado pelo fato de que a sua cor dependo do pH da solução. Eles podem reagir com íons H+, assim como o fazem com um cátion, apresentando um comportamento análogo ao de um indicador ácida-base.

Em muitas áreas, os procedimentos titrimétricos são insubstituíveis. Suas principais vantagens são(VOGUEL, 1992):

  1. A precisão (0,1%) é melhor do que na maior parte dos métodos instrumentais.

  2. Os métodos são normalmente superiores às técnicas instrumentais na análise dos principais componentes.

  3. Quando o número de amostras é pequeno como, por exemplo, no caso de uma análise eventual, as titulações simples são comumente preferíveis.

  4. Ao contrário do que ocorre com os métodos instrumentais, o equipamentos não requer recalibração constante.

  5. Os métodos são relativamente baratos, com baixo custo unitário por determinação.

  6. Os métodos são comumente empregados para calibrar ou validar análises de rotina feitas com instrumentos.

  7. Os métodos podem ser automatizados.

O índice da dureza da água é um dado muito importante, usado para avaliar a sua qualidade. Denomina-se dureza total a soma das durezas individuais atribuídas à presença de íons cálcio e magnésio. Outros cátions que se encontram associados a estes dois, por exemplo: ferro, alumínio, cobre e zinco, geralmente são mascarados ou precipitados antes da determinação. A composição química da água é, portanto, a sua dureza, depende em grande parte do solo da qual procede. Assim águas brancas são encontradas em solos basálticos, areníferos e graníticos, enquanto que águas que procedem de solos calcários apresentam freqüentemente durezas elevadas (HARRIS, 2005).

Como as concentrações de Ca2+ e Mg2+ são normalmente muito maiores do que as concentrações dos outros íons alcalino-terrosos, a dureza pode ser igualada a [Ca2+] + [Mg2+] (HARRIS, 2005).

. Objetivo:

Por meio do processo de titulação por complexação, utilizando uma solução padronizada de EDTA, determinar a dureza da água da rede de distribuição pública.

. Materiais e Métodos

. Materiais e Reagentes:

  • Bureta de 50ml

  • Pipeta volumétrica

  • Béqueres

  • Erlenmeyer de 125ml

  • Indicador negro de Eriocromo T

  • Garras

  • Balão Volumétrico de 250ml

  • Balança Analítica

  • Solução padrão de EDTA

  • Soluções de NH4C1 e NH4Oh

  • Água da torneira

  • Suporte Universal

. Metodologia:

  • Preparação da solução de EDTA 0,01M

I. Foram pesados 0,9313g de EDTA num béquer pequeno

II. A massa pesada foi transferida para um balão volumétrico de 250mL, homogeneizando bem a solução

  • Titulação complexométrica utilizando a solução de EDTA

I. Foram preparadas 250mL de uma solução 0,01M de CaCl2.

II. Desta solução foram retirados 25mL e transferidos para um erlenmeyer de 125mL, juntamente com cerca de 1mL de solução tampão de NH4Cl/NH4OH até pH 10

III. Em seguida, à solução foram adicionadas duas gotas da solução indicadora de Negro de Eriocromo T.

IV. Titulou-se a solução com o EDTA até a solução virar do violeta ao azul.

V. Repetiu-se o procedimento empregando água de distribuição pública (da torneira) no lugar da solução de CaCl2.

. Resultados e Discussão:

Para o preparo da solução de EDTA 0,01mol/L, foram necessários os seguintes cálculos:

1molEDTA ---------------- 372,24g 1L ---------------------- 3,7224g

0,01molEDTA ------------ Xg 0,25L ------------------ Xg

X = 3,7224g / L X = 0,9306g de EDTA

Logo, seria necessária a pesagem de 0,9306g de EDTA para 250mL de solução. Com o uso de uma balança analítica, foram pesadas 0,9313g de EDTA, completando o volume da solução com água destilada, logo a nova concentração é dada por:

MEDTA = m / (MM x V) > MEDTA = 0,9313 / (372,24 x 0,25) = 0,0100mol / L

Com esta solução procedeu-se, inicialmente a titulação de uma solução 0,100M de CaCl2, tamponada com NH4Cl / NH4OH, aplicando como indicador a solução de Negro de Eriocromo T, obtendo os seguintes resultados:

Titulação 1 = 13 mL gastos de EDTA

Titulação 2 = 13,5mL gastos de EDTA

Titulação 3 = 13,6mL gastos de EDTA

Calculando a média tem-se:

Média = (13mL + 13,5mL + 13,6mL) / 3 = 13,4mL gastos de EDTA

Sendo o desvio padrão referente igual a 0,105, que é um valor consideravelmente alto, constatando uma certa imprecisão no processo em questão.

No processo de titulação da água da torneira, com a solução de EDTA 0,100M, foram obtido os resultados seguintes:

Titulação 1 = 0,5mL de EDTA

Titulação 2 = 0,5mL de EDTA

Titulação 3 = 0,5mL de EDTA

Logicamente, a média dos volumes gastos de EDTA nas três titulações é igual a 0,5mL e o desvio padrão correspondente igual a 0 (zero). Ressaltando que mesmo com esses valores, de média e desvio padrão, não se deve pensar que os resultados estão livres da incidência de erros, por menores que sejam.

Assim, pôde-se calcular a dureza da água, expressando o resultado na forma de mg/L de CaCO3 ( MM = 100,09g/mol) da seguinte forma:

Dureza = ([CEDTA x VEDTA x MMCaCO3] / Vágua) X (1000mg / 1g)

Dureza = ([0,0100mol/L x 0,5mL x 100,09g/mol] / 20mL) X (1000mg / 1g)

Dureza da água = 25,0225mg / L de CaCO3

. Conclusão:

Vê-se então que um conhecimento prévio do operador, sobre o processo a ser realizado e o método mais adequado a este, é de suma importância para e obter sucesso durante a prática, diminuindo a incidência de erros e, conseqüentemente, tornar os resultados mais exatos e precisos. Destacando também, a simplicidade e competência dos métodos volumétricos e sua ampla aplicação na determinação e quantificação de diferentes substâncias em amostras, até então desconhecidas.

De acordo com a Legislação Brasileira, os níveis ideais de dureza da água situam-se entre 40mg/L e 170mg/L de carbonato de cálcio (CaCO3), sendo o valor médio de 80mg/L de CaCO3, não apresentando assim, risco à saúde humana.

Como o valor obtido, na prática, para avaliação da dureza da amostra de água, da rede de distribuição pública, foi de 25,0225mg/L de CaCO3, pôde-se afirmar que a mesma apresenta uma dureza fora dos padrões exigidos pela Legislação Brasileira, estando consideravelmente abaixo do valor mínimo exigido, assim sendo classificada como água “muito branda” ou “muito mole”.

. Referências Bibliográficas:

ATKINS, P. W.; JONES, L. “Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente”. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. 914 p.

HARRIS, D. C. “Análise Química Quantitativa”. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. 876p.

VOGEL, A. I. Análise química quantitativa. 5. ed Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1992. 712 p.

BACCAN, N. Química analítica quantitativa elementar. 3. ed. rev.,ampl. e reest. São Paulo: E. Blucher, 2005. 308p.

Águas da Figueira S.A. Disponível em: http://www.aguasdafigueira.com/qualidadeagua.html Acesso em: 23/04/2010

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