Universidade Federal De São João Del ReiCampus Alto Paraopeba

Engenharia Química

Determinação da dureza da água

Relatório apresentado com parte das exigências da disciplina Química Analítica, sob responsabilidade da prof. Ana Maria de Oliveira.

Júlia Paula – 114550025Leonardo Azzi – 114550030Mainara Costa – 114550035TássiaPassos – 114550004

Ouro Branco – MGAgosto/2013

Determinação da dureza da água

RESUMO

As quantidades de íons cálcio e magnésio na água determinam um

parâmetro conhecido como dureza da água. A composição química da água e,

portanto, a sua dureza depende em grande parte do solo da qual procede; as

águas duras são frequentemente naturais de solos calcários. O presente

trabalho objetiva determinar a dureza da água de torneira através da titulação

complexométrica de três amostras, utilizando EDTA como titulante e um

indicador negro de eriocromo T. Na primeira parte do experimento pipetou-se

três amostras de 50 mL de água da torneira que foram transferidas para

erlenmeyers de 250 mL. Com a pipeta Pasteur adicionou-se 3 mL de solução

tampão NH3/NH4Cl pH 10 e 6 gotas do indicador negro de eriocromo T em cada

amostra. Após preparadas titulou-as com solução de EDTA 0,0006 mol L-1 até

que o ponto final fosse obtido, ou seja, quando a cor da amostra mudasse de

vinho avermelhado para azul. A fim de detectar possíveis erros sistemáticos de

método, realizou-se o branco. Para isso titulou-se três amostras de 50 mL de

água destilada. Já na segunda parte que objetivava a determinação de Ca2+,

pipetou-se quatro amostras de 50 mL de água da torneira em erlenmeyers de

250 mL. Foram adicionadas 30 gotas de solução de NaOH 50%m/m em cada

alíquota e agitou-as por 2 minutos a fim de precipitar o Mg(OH)2. Adicionou-se

aproximadamente 0,1 g de azul de hidroxinaftol em cada frasco. Após atingir o

ponto final esta foi deixada em repouso por aproximadamente 5 minutos com

agitação ocasional para verificar se a solução iria tornar-se vinho avermelhado

novamente. Caso isto fosse observado uma nova titulação deveria ser

realizada. A água apresentou uma concentração de carbonato de cálcio de

33,0 ± 0,7 mg L-1, concluindo que a água de torneira foi classificada como água

mole. As concentrações dos íons foram 19,1 ± 0,1 para o Ca2+ e 13,9 ± 0,7 mg

L-1 para Mg2+. Nada foi afirmado sobre a exatidão do método, pois não se

conhecia os valores teóricos. Quanto à precisão, apenas o valor da

concentração para o Ca2+ era preciso visto que possuía um pequeno desvio.

1. ANÁLISE DE RESULTADOS

1

Titulações complexométricas são extremamente úteis para a

determinação de diversos íons metálicos em solução. Nessas titulações um íon

metálico reage com um ligante adequado para formar um complexo, e o ponto

de equivalência é determinado por um indicador ou por um método

instrumental apropriado (SKOOG et al., 2008). No procedimento feito, o

complexo formado é um quelato, e isto se faz necessário visto que estes

complexos possuem maior estabilidade, logo maior produto favorecida será a

reação em questão e melhor será a análise quantitativa.

Na primeira etapa do procedimento, foram coletados 50mL de amostra de

água de torneira e transferidos para um erlenmeyer de 250mL. Neste foi

adicionado 3mL de solução tampão NH3/NH4Cl junto com o indicador negro de

eriocromo T.

O uso da solução tampão é importante, pois o ajuste do pH será

necessário para a formação do complexo do cátion com o EDTA, visto que

estes necessitam de um pH de no mínimo 8 para reagirem. Outro motivo do

seu uso é porque caso ocorra a alta basicidade do meio, pode haver formação

de hidróxido de cálcio e de magnésio e estes interfeririam na formação do

complexo de forma a dificultar a análise desejada. O fato do tampão não ser

suficiente para a formação destes hidróxidos o torna ideal para este

procedimento (SKOOG et al., 2008).

O negro de eriocromo T é um dos mais antigos e usados entre os

indicadores de complexação. É usado exclusivamente na faixa de pH entre 7 e

11, onde a forma azul do indicador predomina na ausência de íons metálicos.

Embora o indicador forme complexos vermelhos com aproximadamente 30

metais, poucos desses complexos tem a estabilidade necessária para permitir

uma mudança de cor apropriada no ponto final de uma titulação direta com o

EDTA. O indicador é usado mais frequentemente na titulação direta de Mg2+,

Ca2+, Cd2+, Zn2+ e Pb2+. Até o ponto de equivalência na titulação, o indicador

complexa o excesso do íon metálico e desse modo a solução é vinho

avermelhada. Com o primeiro excesso de EDTA, a solução torna-se azul como

consequência da reação (SKOOG et al., 2008).

2

Preparada a solução, deu-se início a titulação com EDTA. Durante a

titulação presenciou-se a ocorrências das seguintes reações:

Reação 1: Ca2+ + H2Y2- CaY2- + 2H+

Reação 2: Ca2+ + MgY2- CaY2- + Mg2+

Reação 3: Mg2+ + HIn2- MgIn- + H+

Reação 4: MgIn- + H2Y2- MgY2- + HIn2- + H+

sendo Y a molécula de EDTA sem os hidrogênios e HIn2- é o indicador

eriocromo T. Até o ponto de equivalência, os íons magnésio são deslocados do

seu complexo com EDTA pelos íons cálcio e ficam livres para se combinar com

o negro de eriocromo T, atribuindo assim uma coloração vinho avermelhada à

solução. Porém, quando os íons cálcio tiverem sido complexados, os íons

magnésio liberados novamente se combinam com o EDTA até que o ponto final

seja observado (BACCAN et al., 2001).

De forma paralela ao método que estava sendo realizado, fez-se a

determinação do branco como forma de aumentar a exatidão da análise, visto

que possibilitava a visualização de interferências causadas por vidraria e

reagentes empregados, causadoras de erros. Um branco contém os reagentes

e solventes usados na determinação, mas não o analito (SKOOG et al., 2008).

No caso do presente experimento foi utilizada água destilada no lugar da de

torneira.

O volume de EDTA gasto em cada replicada teve seu valor subtraído pela

quantidade de branco utilizada na titulação (3,5 mL). Tabela 1 mostra os

valores de volume de EDTA gastos nas titulações, junto com os valores

subtraídos do branco.

Tabela 1: Volumes gastos de EDTA em cada uma das titulações para

determinação da concentração de Ca2+ e Mg2+ e os volumes deste

considerando a influência do branco

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Replicata Volume de EDTA

(mL)

Volume de EDTA

considerando-se a

influência do branco

1 31,5 28

2 30,7 27,2

3 30,6 27,1

Branco 3,5 -

Em águas naturais, a concentração de íons cálcio e magnésio geralmente

excedem muito a de qualquer outro íon metálico. Consequentemente, a dureza

é expressa em termos da concentração de carbonato de cálcio que é

equivalente a concentração total de todos os cátions multivalentes presentes

na amostra (BACCAN et al., 2001).

Sendo assim, seu cálculo é dado pela fórmula:

Equação 1: D = CEDTA x VEDTA (mL) x MMCaCO3 x 1000 mg de CaCO3 L-1

Vamostra

sendo: C = concentração de EDTA;

VEDTA (mL) = volume utilizado de EDTA com a influência do branco;

MM CaCO3 = a massa molar do carbonato de cálcio;

Vamostra= volume de água de torneira utilizado;

O cálculo foi feito para cada replicata e a média dos três resultados para a

concentração de carbonato de cálcio foi determinada, indicando a dureza da

água. As concentrações dessa substância obtidas em cada uma das replicatas

são mostradas na Tabela 2.

Tabela 2: Concentrações de carbonato de cálcio presente em cada

replicata

Replicatas Concentrações (mg L-1)

1 33,90

4

2 32,66

3 32,55

A média e desvio padrão desses valores são encontrados pelas fórmulas:

Equação 2: x=x1+x 2+…+xn

n= 33,0 mg L-1

Equação 3: s =√∑n=1N

(x−x )2

N−1= 0,7 (TRIOLA et al., 2008)

Assim, a média com o desvio padrão encontrado dos valores de

concentração do CaCO3 é 33 ± 0,7 mg L-1.

As águas são classificadas de acordo com seu grau de dureza da

seguinte forma mostrada na Tabela 3.

Tabela 3: Classificação da água de acordo com sua concentração de

carbonato de cálcio

Classificação Concentração de CaCO3 presente

na água (mg L-1)

Água mole < 50

Água com dureza moderada Entre 50 e 150

Água dura Entre 150 e 300

Água muito dura >300

Como o valor obtido 33,0 ± 0,7 mg L-1 para a concentração de carbonato

de cálcio foi menor que 50 mg L-1, a água pode ser classificada como água

mole.

Na segunda parte do procedimento determinou-se a concentração

somente do íon Ca2+ presente na água de torneira. Para isto foram pipetadas

quatro amostras de 50 mL de água da torneira em erlenmeyers de 250 mL.

Foram adicionadas 30 gotas de solução de NaOH 50%m/m em cada alíquota e

agitou-as por 2 minutos a fim de precipitar o Mg(OH)2. Feito isto se adicionou o

5

indicador azul de hidroxinaftol em cada frasco. A Tabela 4 contém a quantidade

adicionada em cada replicata.

Tabela 4: Quantidade de azul de hidroxinaftol adicionada em cada

erlenmeyer

Replicatas Massa de azul de hidroxinaftol (g)

1 0,1101

2 0,1381

3 0,1161

4 0,1167

O meio reacional é basificado com NaOH de forma que todo Mg2+

presente seja precipitado na forma de hidróxido. Esta precipitação seletiva é

possível graças à grande diferença entre as constantes dos produtos de

solubilidade do Ca(OH)2 e Mg(OH)2 – respectivamente 6,5 x 10-6 e 7,1 x 10-12 a

25°C (SKOOG et al., 2008). Estando o cátion Mg2+ em sua forma precipitada, a

formação do complexo com o H2Y2- se dá somente com o cátion restante, de

forma que a concentração deste pode ser mensurada através do volume de

titulante gasto e sua concentração.

A primeira amostra foi titulada rapidamente sendo utilizada apenas para

visualização aproximada do ponto final da titulação, facilitando assim a

realização das replicatas seguintes. Isto foi feito já que esta titulação deveria

ocorrer rapidamente devido ao fato do NaOH ser higroscópico e reagir com

CO2 (BACCAN et al., 2001).

As demais amostras foram tituladas cuidadosamente. Após atingir o ponto

final esta foi deixada em repouso por aproximadamente 5 minutos com

agitação ocasional para verificar se a solução iria tornar-se vinho avermelhado

novamente. Como isto não foi observado, não foi necessário uma nova

titulação. A determinação do branco foi também obtida com o mesmo objetivo

da primeira parte do experimento. A Tabela 5 demonstra o volume de EDTA

empregado em cada replicata, juntamente com o mesmo considerando a

influência do branco.

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Tabela 5: Volumes gastos de EDTA em cada uma das titulações para

determinação da concentração de Ca2+ e os volumes deste considerando

a influência do branco

Replicatas Volume de EDTA (mL) Volume de EDTA com a

influência do branco (mL)

1 17,8 15,9

2 17,7 15,8

3 17,9 16

Branco 1,9 -

O cálculo para concentração de íons Ca2+ em cada replicata foi realizado

utilizando a equação 1. Estes resultados são mostrados na Tabela 6.

Tabela 6: Concentrações de Ca2+ em cada replicata

Replicatas Concentrações (mg L-1)

1 19,01

2 18,98

3 19,22

Em seguida foi obtido a média junto com o desvio padrão a partir das

equações 2 e 3 respectivamente, obtendo a concentração de Ca2+ como 19,1 ±

0,1 mg L-1.

A concentração de Mg2+ pode ser obtida pela diferença entre a dureza da

água e a concentração de carbonato de cálcio. Para adição e subtração, a

incerteza na resposta é obtida a partir das incertezas absolutas das parcelas

individuais. O procedimento é visto a seguir:

e y=√ex 12 +ex 22 =√0 ,1²+0 ,7²=±0,7 (HARRIS, 2005)

[Mg2+]= 33,0 - 19,1 = 13,9 ± 0,7 mg L-1.

2. CONCLUSÃO

7

O cálculo da dureza da água é importante porque a presença dos íons

pode causar infiltrações nas tubulações e com isso o entupimento, que pode

causar até acidente, principalmente em indústrias. Várias delas utilizam a água

em caldeiras e em vários outros materiais e precisam monitorar a qualidade da

mesma para evitar qualquer possível acidente.

Através de processos complexométricos foi possível determinar a dureza

total da água de torneira (33,0 ± 0,7 mg L-1), assim como a concentração dos

íons Ca2+ e Mg2+ (19,1 ± 0,1 mg L-1 e 13,9 ± 0,7 mg L-1). O valor da dureza

sendo inferior a 50 mg L-1 classificou a amostra como água mole.

Quanto à exatidão das determinações de Ca2+ e Mg2+, nada se pode

afirmar, visto que não são conhecidos valores teóricos para comparação dos

dados. Em relação à precisão do método verificou-se que a concentração

encontrada para os íons Ca2+ era precisa, enquanto o valor da dureza da água

e a concentração dos íons Mg2+ eram imprecisos. Esta não precisão dos

últimos dados pode ser justificada por erros sistemáticos cometidos durante a

realização da prática.

3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BACCAN, N.; ANDRADE, J.C.; GODINHO, O.E.S.; BARONE, J.S. Química

Analítica Quantitativa Elementar. 2ª Edição, Campinas: Edgard Blücher,

2001. 308p.

HARRIS, D. C. Análise Química Quantitativa. 6ª Edição, Rio de Janeiro: LTC,

2005. 129p.

SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH.S.R. Fundamentos de

Química Analítica. 8ª Edição, São Paulo: Thomson, 2008. 1124p.

TRIOLA, MARIO F.; Introdução à estatística.10ª Edição, Rio de Janeiro: LTC,

2008, 696p.

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