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Estojo de Testes Educacional para a Qualidade da Água
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Olívia de Sintra Garrido
1 Estojo de Testes Educacional para a Qualidade da Água Guia do Professor
3 Hanna Instruments - Instrumentos de Controle, Lda. Rua Manuel Dias Zona Industrial de Amorim, Fracção I nº Amorim - Póvoa de Varzim Telf: Fax: geral: Web:
4 Estojo de Testes Educacional Para a Qualidade da Água Agradecemos ter escolhido este Produto Hanna. Por favor leia estas instruções cuidadosamente antes de utilizar este estojo de testes para a qualidade da água. As instruções foram desenhadas para fornecer a informação base relativa a cada teste, e inclui um procedimento passo-a-passo para efectuar os testes. Conteúdo do Estojo Estojo de Testes para Acidez Estojo de Testes para Alcalinidade Estojo de Testes para Dióxido de Carbono Estojo de Testes para Oxigénio Dissolvido Estojo de Testes para Dureza Estojo de Testes para Nitrato Estojo de Testes para Fosfato Medidor de Bolso DiST 5 (para EC/TDS/Temperatura) Objectivo das actividades do estojo e manual de recursos Medidor de Bolso phep 4 (para ph/temperatura) Disco Secchi Mala de Transporte Backpack Lab Procedimentos de Teste em Campo Plastificados... (Conjunto de 10) Glossário de Termos e Vocabulário Transparências Resumo de Parâmetros (Conjunto de 10) Fichas de Trabalho de Actividade Laboratorial (Conjunto de 10) Este estojo foi desenhado para fornecer uma unidade completa para os professores e para iniciar os estudantes nos importantes testes químicos para a poluição da água. Este guia do professor fornece informação base detalhada para aulas/actividades relativas à qualidade da água que podem ser adaptadas de modo a se adequarem a vários graus de conhecimento. Estas aulas/actividades permitirão aos estudantes explorar dez parâmetros que são úteis ou prejudiciais para a qualidade da água, efectuando testes na aula usando os estojos de testes e medidores da Hanna. Estes testes contêm químicos líquidos (armazenados em caixas rígidas) e instruções passo-a-passo para a utilização em aula, assim como em campo. Todos os materiais encaixam facilmente na mochila fornecida para um transporte conveniente. Para localizar facilmente as Actividades Laboratoriais e os Procedimentos de Testes em Campo dentro deste manual, procure estes ícones: Actividade - Procedimento de - Laboratorial Testes em Campo Guia do Professor para o Estojo de Testes de Qualidade da Água
5 Índice O Básico sobre a Água O ciclo hidrológico - uma revisão rápida O que é a qualidade da água? Quais são os poluentes da água? Quando é que os níveis de poluentes são perigosos? Como pode prevenir a poluição da água? Como pode tratar a poluição da água? Porque é importante o teste regular dos poluentes? Termos chave na água Conselhos de Segurança Parâmetros Acidez Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Alcalinidade Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Dióxido de Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Carbono Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Condutividade/Sólidos Totais Dissolvidos Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Oxigénio Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Dissolvido Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Dureza Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Nitratos Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Fosfatos Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Temperatura Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Turvação Sumário incluindo termos chave e exemplos práticos Actividade Laboratorial Procedimentos de testes em campo passo-a-passo Glossário de Termos Índice 1
6 O Básico sobre a Água O Ciclo Hidrológico- Uma Revisão Rápida Anatureza recicla as fontes de água da terra através de um processo conhecido como o ciclo hidrológico, também denominado o ciclo da água. Este ciclo funciona continuamente e recebe a energia do sol. No ciclo hidrológico, a água é recolhida, purificada e distribuída através do ar, terra, água e seres vivos. Os maiores componentes do ciclo hidrológico são a evaporação, transpiração, condensação, precipitação, infiltração e escoamento. A evaporação é o processo de retorno da humidade à atmosfera. Isto é causado pelo aquecimento da água presente em qualquer superfície pelo sol; a água aquecida volta a vapor, e depois ascende à atmosfera. A transpiração também resulta no retorno da humidade à atmosfera, mas especificamente da água de uma planta, após a planta ter absorvido a água através do seu sistema de raízes e transportado a água para as suas folhas. A condensação ocorre após o vapor de água ter ascendido à atmosfera; sob as correctas condições atmosféricas, o vapor de água arrefece para as gotículas que formam nuvens quando combinadas em conjunto. Quando a combinação de gotículas de água aumenta, a precipitação ocorre frequentemente. A precipitação é mais frequente na forma de chuva ou neve. Alguma da precipitação volta às águas de superfície como lagos ou rios, mas parte dela entra no solo através da infiltração. Esta água infiltrada ajuda a reabastecer o fornecimento de água subterrânea que alimenta poços, fontes e cursos de água. Alguma água volta também aos rios, cursos de água e lagos por meio do escoamento das águas de superfície, que é simplesmente o movimento da água para pontos baixos. Uma vez que a água precipitada entra no solo, água de superfície ou águas subterrâneas, através da infiltração e escoamento, o ciclo continua à medida que alguma dessa água volta a entrar na atmosfera através da evaporação e transpiração. O que é a qualidade da água? A qualidade da água é uma medida da adequação da água à utilização para um fim específico, como piscinas, cultivo ou produção de energia. A água que não é adequada para uma aplicação pode ser perfeitamente aceitável para outra finalidade. A qualidade é uma declaração das características físicas, biológicas e químicas da água e os níveis mensuráveis de vários parâmetros. Estes parâmetros podem variar devido à localização, como por exemplo, em diferentes pontos num rio, ou do tempo, dependendo das várias condições climáticas. A água de superfície e a água subterrânea podem também afectar a qualidade uma da outra, uma vez que estas duas estão juntas na água de mesa. É importante reconhecer que a qualidade da água pode ser adversamente afectada por factores naturais e de origem humana, e o controlo regular das fontes de água pode ajudar a identificar os problemas em desenvolvimento e que necessitam de correcção. Os parâmetros da água, como os incluídos neste estojo, foram identificados como os indicadores chave da qualidade da água. Estes parâmetros podem ser uma medição das características físicas como o ph, condutividade, dureza ou temperatura; uma asserção dos níveis de vários nutrientes na água, como os nitratos e fosfatos; ou uma indicação dos elementos chave e compostos da 2 Guia do Professor para o Estojo de Testes Educacional de Qualidade da Água
7 água, como o oxigénio dissolvido e dióxido de carbono. Cada parâmetro possui padrões gerais e linhasguia para determinar se uma amostra testada deve ser considerada aceitável ou perigosa. Os resultados destes testes não são necessariamente absolutos, uma vez que devem ser considerados em relação ao que são os níveis normais para um corpo de água. Por exemplo, o ph é um modo de avaliar a adequação da água para as plantas e e organismos animais. Se a água se tornou demasiado ácida ou básica devido aos poluentes naturais ou de origem humana, pode haver um profundo impacto negativo na vida aquática. O ph é considerado normal num corpo de água se tiver um valor de 5.0 a 9.0, mas idealmente deveria estar na gama de 6.0 a 8.0. Como em todos os parâmetros, é importante determinar qual é o ph normal para um corpo de água, e a monitorização da água determinará se o ph experimenta alterações significantes. Estas alterações podem então ser investigadas para determinar se a sua causa é natural ou provocada por acção humana. Quais são os poluentes da água? Os poluentes podem ser naturais ou de origem humana, e advir de origens determinadas ou não determinadas. Um poluente não é necessariamente uma coisa discreta; em algumas situações um parâmetro pode ser essencial para a qualidade da água e sustento da fauna e flora aquática, como o nutriente fósforo. Se estiver presente um nível de fósforo demasiado alto, talvez causado por escoamento de fertilizantes que contém fosfatos, então, a mesma flora e fauna que beneficia dos fosfatos pode ser danificada. Isto pode ser considerado uma situação onde demasiado de uma coisa boa pode ser prejudicial. Por isso, a monitorização regular dos níveis de fosfato pode ajudar a identificar e corrigir situações onde o fosfato nutriente se tornou no fosfato poluente. Os poluentes naturais de materiais orgânicos podem resultar de materiais orgânicos que entram em água de superfície. Os exemplos de materiais orgânicos são as raízes e folhas de árvores que podem ser apanhadas no escoamento de águas. As bactérias podem então alimentar-se deste resíduo orgânico, assim consumindo oxigénio. Isto pode eventualmente baixar o conteúdo de oxigénio dissolvido da água para níveis não aceitáveis. Á água de escoamento pode também ter o efeito de quebrar minerais nas rochas e solos, e pode levar estes minerais para rios e lagos. À medida que a água se evapora como parte do ciclo hidrológico, os minerais que foram levados para a água permanecem e podem frequentemente ser medidos como sólidos totais dissolvidos. Dependendo do mineral e do seu nível, pode haver um efeito adverso na qualidade da água. A água de escoamento pode também apanhar uma variedade de resíduos, que em último caso levará a água a ser mais nublada ou lamacenta. Este nível aumentado de nebulosidade é medido como turvação, e pode ter um efeito danoso na vida aquática. Os anos recentes focaram-se mais em poluentes originados na acção humana do que em poluentes naturais. Os poluentes de origem humana podem ter um efeito devastador na qualidade da água. Estes poluentes são geralmente classificados como provenientes de origens determinadas ou não determinadas. As origens determinadas podem ser claramente identificados, e os exemplos incluem instalações de tratamento de águas residuais, O Básico sobre a Água 3
8 O Básico sobre a Água tubagem de descarga de fábricas de manufactura industrial, e derrames de óleo. As origens não determinadas não se conseguem identificar facilmente, o que as pode tornar mais difíceis de corrigir. Os exemplos de fontes não determinadas incluem escoamento de fertilizantes, fuga de tanques sépticos subterrâneos e chuva ou derretimento de neve que transporta uma variedade de resíduos de esgotos de localizações como relvados, aterros e locais de construção. Quando é que os níveis de poluentes são perigosos? Como acontece com a medição da qualidade da água, os níveis perigosos de um poluente variam muito, dependendo do que se está a estudar. Os humanos, animais e plantas possuem limites diferentes para se considerar um poluente perigoso. A água que é perigosa para os humanos pode ser boa para os peixes. Mesmo entre os peixes, algumas espécies podem ser capazes de suportar níveis mais altos de poluentes do que outros. Os testes contidos neste estojo incluem uma discussão de níveis aceitáveis e não aceitáveis de um parâmetro e ajuda para guiar os estudantes na interpretação dos resultados. As conclusões podem por vezes não serem rápidas de alcançar por isso os estudantes devem ser estimulados a considerar os factores que podem influenciar a medição. Os poluentes podem ter um efeito profundo na saúde pública, fontes de alimentação humana, e comunidades de plantas e de animais. A água potável é essencial para a vida humana, e efectuar testes com precisão de fontes de água potável pode identificar e ajudar a prevenir micróbios patogénicos que causam doenças. Os poluentes que afectam os peixes podem eventualmente ser prejudiciais para os humanos, como no caso dos peixes que são envenenados por mercúrio. O poluentes químicos em cursos de água, usualmente de origens determinadas de acção humana, podem matar a vida das plantas e de animais. Como se pode prevenir a poluição da água? Existe uma série de entidades públicas que ajudam a garantir a qualidade da água regulamentando e controlando o comportamento de poluentes de origens industriais determinadas. As actividades comunitárias para ajudar a prevenir a poluição da água estão fora do âmbito deste estojo. No entanto, a monitorização é um primeiro passo no sentido de identificar um problema de poluição, e este estojo guia os estudantes através dos procedimentos de teste que são semelhantes aos utilizados por profissionais na monitorização ambiental. Muitos problemas de poluição em desenvolvimento podem ser prevenidos através da detecção precoce através da monitorização regular. Como se pode tratar a poluição da água? O modo mais simples de tratar a poluição e identificar a causa do poluente é em primeiro lugar prevenir a sua ocorrência. Se os poluentes alcançaram níveis anormalmente altos, podem ser tratados através de processos como osmose inversa, oxidação química e desinfecção, e destilação. As instalações de tratamento de água usam geralmente, processos como estes para tornar a água adequada ao consumo humano. As instalações de tratamento de águas residuais processam a água através de uma série de filtros, tanques de sedimentação e tratamentos biológicos. 4 Guia do Professor para o Estojo de Testes Educacional de Qualidade da Água
9 Porque é importante testar regularmente os poluentes? Um corpo de água, especialmente um rio, é uma coisa dinâmica: altera-se frequentemente, e ao longo do tempo pode-se alterar dramaticamente. A monitorização regular de um rio pode fornecer os dados necessários para determinar se ocorre uma mudança indesejada. As condições podem-se alterar devido a origens determinadas e não determinadas. Se os dados indicam que está a ocorrer uma mudança, isto pode levar a uma investigação de potenciais fontes de poluição. É também importante juntar dados de uma variedade de localizações no corpo da água a estudar. Os níveis de poluição serão muito diferentes se os medir a jusante de tubagens de descarga industriais, por exemplo, em relação a medir a montante da tubagem. Um rio é uma entidade tão grande e diversa que as conclusões quanto à qualidade da sua água não podem ser efectuadas sem uma recolha de grandes quantidades de dados numa variedade de localizações. Termos-Chave da Água: Aquífero rocha transportadora de água subterrânea que transporta facilmente água para poços e nascentes, devido às características físicas da rocha. Os poços são normalmente perfurados em aquíferos subterrâneos. Água artesiana água subterrânea que é capaz de se elevar a um nível superior ao nível ao qual se encontra. Isto ocorre porque a água artesiana está sob pressão. Em poços artesianos, a água eleva-se sem necessidade de ser bombada. Oxidação química desagregação de resíduos orgânicos ou químicos na água através da adição de um agente oxidante. Condensação o processo de arrefecimento do vapor de água para gotículas de água que forma nuvens quando combinado. Desinfecção limpeza da água destruindo os microrganismos através da utilização de meios como químicos, tratamento por aquecimento ou luz ultravioleta. Destilação limpeza da água aquecendo-a para o estado de vapor, depois arrefecendo o vapor para o condensar para água purificada. Estuário um local onde a água doce e salgada se juntam, como onde um rio entra no oceano. Esta mistura de água doce e salgada é normalmente referida como água salobra. Evaporação o processo de libertação de humidade na atmosfera através do aquecimento solar da água de superfície para vapor que depois se eleva para a atmosfera. Fluxo uma medição do volume de um rio obtido observando quanta água passa por um ponto, ou entre dois pontos, durante um período de tempo medido. Água subterrânea a água abaixo da superfície da terra. Através da infiltração, O Básico sobre a Água 5
10 O Básico sobre a Água esta água satura o solo e rochas. Esta água é, eventualmente, uma fonte para poços, nascentes e cursos de água. A água subterrânea distingue-se da água de superfície porque o lençol freático enche completamente os poros do solo e em fendas do substrato rochoso da Terra. A água subterrânea em formações de rocha com certas características resulta em aquíferos, que são uma importante fonte de água para o consumo humano Infiltração o processo pelo qual a água precipitada entra no solo através de pequenos poros. Origem não determinada um contribuinte para a poluição que não é facilmente identificado como proveniente de uma fonte discreta, como escoamentos da agricultura e de esgotos resultante da água de chuva ou derretimento de neve. ph uma medição da concentração relativa de iões de hidrogénio e de iões de hidróxido na água. Originalmente definido pelo bioquímico dinamarquês Soren Peter Lauritz Sorensen em Expresso como como o logaritmo base negativo -10 dos iões de hidrogénio em moles por litro de solução. A escala varia de 0 a 14, sendo 0 uma solução ácida forte e 14 fortemente básica. Origem determinada um contribuinte para a poluição que pode ser identificado como proveniente de uma localização discreta, tal como tubos de descarga de fábricas. Precipitação vapor de água condensado que cai como chuva, saraiva ou neve. Osmose inversa um processo de purificação de água que inverte o fluxo de água que ocorre na osmose com uma pressão opositora que excede a pressão osmótica. Isto leva a que água seja excluída de uma solução concentrada, deixando as impurezas para trás. Rio uma corrente de água natural de volume considerável. A água num rio navega de uma altitude alta para uma altitude inferior. Curso um termo geral para um corpo de água fluente. Não tem necessariamente que conter água todo o ano, mas deve conter água pelo menos numa época do ano. Inclui água que flui em volumes menores que um rio, tais como ribeiros e enseadas. Água de superfície água que está na superfície da Terra. Os exemplos incluem rios, cursos de água, lagos e reservatórios. Transpiração o processo de libertação de humidade na atmosfera das folhas das plantas após as plantas terem absorvido a água através do seu sistema de raízes e transportada para as suas folhas. A transpiração pode também ocorrer através dos poros animais. Bacia hidrográfica diferentes áreas de terreno onde a água drena para um lago, curso de água ou rio. Variam no tamanho, desde pequenas o suficiente para alimentar um só curso de água até grandes o suficiente para alimentar um grande rio. Camada de água o ponto abaixo da superfície da terra onde os lençóis freáticos se iniciam e a água de superfície termina. Este interface ocorre em diferentes níveis dependendo das condições geológicas. 6 Guia do Professor para o Estojo de Testes Educacional de Qualidade da Água
11 Conselhos de Segurança Devem ser seguidos procedimentos standard de segurança em laboratórios quando efectuar qualquer um dos testes e actividades incluídas neste estojo. Os professores devem instruir os estudantes a utilizar sempre prudência, quer nos materiais usados numa aula quer nos locais em campo. É importante efectuar a descarga de resíduos químicos usando os adequados procedimentos. Os testes de parâmetros neste estojo irão gerar resíduos insignificantes. No entanto, qualquer resíduo de água gerado durante os testes em campo deve ser recolhido para um recipiente e rotulado Resíduo e descartado apropriadamente. Seguem-se alguns procedimentos-chave de segurança para manter em mente quando efectuar testes incluídos neste estojo: Devem ser sempre utilizados óculos de segurança. Deve utilizar luvas de protecção quando recolher ou manusear amostras de água. Se as amostras de água estão a ser recolhidas no meio de um rio ou curso de água, a pessoa que efectua a recolha deve utilizar colete salva-vidas e uma corda de reboque. Os estudantes devem selar bem todos os recipientes de colheita, imediatamente após recolher as amostras em campo. Os recipientes de colheita e os medidores electrónicos devem ser limpos entre testes. Não coma nem beba quando manusear qualquer um dos materiais contidos neste estojo. Nunca deve permitir que os químicos toquem a pele, olhos ou vestuário. Os estudantes devem trabalhar em grupo quando efectuam testes em campo. Os recipientes de resíduos devem ser muito bem lavados antes de serem reciclados. Assim como em qualquer outras actividade em exterior, é útil ter um estojo de primeiros socorros disponível. Os químicos contidos neste estojo podem ser perigosos se manuseados incorrectamente. Leia as Fichas de Segurança Técnica antes de efectuar os testes. As Fichas de Segurança Técnica de cada um dos produtos Hanna estão disponíveis em Conselhos de Segurança 7
12 Sumário- Acidez O que é este parâmetro? A acidez da água é a capacidade quantitativa da água em ser neutralizada por uma base para um ph definido. O valor medido pode variar significativamente com o end-point de ph usado na determinação. Os métodos padrão para o exame da água e águas residuais recomendam a titulação com hidróxido de sódio para um end-point de ph de 3.7 (denominado o end-point metilo laranja) para determinar os ácidos minerais, e para ph 8.3 (denominado end-point de fenolftaleína) para a acidez total. As soluções que são ácidas possuem leituras na gama de ph inferiores a 7. O ph é uma medição de quanto ácida ou base é a água, determinada pela quantidade relativa de iões livres de hidrogénio e iões de hidróxido na água. Usando registos base-10, a gama de ph é uma expressão actual do registo negativo base-10 dos iões de hidrogénio em moles por litro de uma solução. A gama vai de 0 a 14, com 7 a representar o estado neutro em que os iões de hidrogénio e iões de hidróxido estão em equilíbrio. A acidez é expressa em mg/l de Carbonato de Cálcio (CaCO 3 ). As soluções ácidas e a acidez são diferentes. As soluções ácidas são facilmente identificáveis por uma medição do ph, mas a acidez da mesma solução requer uma técnica de titulação para determinar a capacidade da solução em padronizar-se contra aumentos de ph causados pela adição de uma substância alcalina. De igual modo, distingue-se a solução alcalina e a alcalinidade uma da outra, e isto será explicado em mais detalhe na secção Alcalinidade deste manual. A extensão da acidez ou alcalinidade relaciona-se com a concentração de iões de hidrogénio numa solução. Porque é importante? A acidez da água pode aumentar através da decadência de substâncias naturais, que resulta na formação de ácido carbónico. Outro factor que pode baixar o ph da água e aumentar a acidez é a chuva ácida. A chuva ácida ocorre quando a as moléculas da água da chuva reagem com os gases (usualmente dióxido de enxofre ou óxidos de azoto) no ar. A chuva normal tem um ph de 5.6, devido à presença de algum ácido carbónico causado pela reacção da água com o dióxido de carbono. À medida que as moléculas de água atraem os iões de hidrogénio dos gases, o ph desce abaixo de 5.6, e a água classifica-se como chuva ácida. Os gases que contribuem para a chuva ácida ocorrem naturalmente, mas a chuva ácida tornou-se um problema crescente devido às fontes humanas dos gases. O dióxido de enxofre e os óxidos de azoto são primariamente formados pela produção de energia eléctrica por queima de carvão, fábricas industriais e emissões de escapes automóveis. É também importante considerar a acidez em relação a outros químicos, nutrientes e metais que podem estar presentes na água. O ph da água pode ter um impacto no quanto solúvel outra substância pode ser na água. No caso de metais pesados como o alumínio, cobre ou crómio, os metais podem-se dissolver mais facilmente em água ácida. A toxicidade destes metais aumenta à medida que são mais solúveis, e assim a água ácida pode contribuir para os efeitos prejudiciais dos metais. Como se mede? Os ácidos fortes (como ácidos minerais) e ácidos orgânicos podem contribuir para acidez de uma amostra de água. Com a utilização de 8 Guia do Professor para o Estojo de Testes Educacional de Qualidade da Água
13 hidróxido de sódio diluído como titulante e os indicadores azul bromofenol ou fenolftaleína, pode ser determinada a contribuição de ácidos fortes e orgânicos. A medição da contribuição do ácido forte para a acidez da amostra é conhecida como acidez metilo laranja. Esta é efectuada através de titulação com hidróxido de sódio até a solução mudar de amarelo para verde/azul (endpoint de ph cerca de 4.5). A acidez total causada por ambos os ácidos orgânicos e minerais é determinada titulando para um endpoint de ph 8.3, usando fenolftaleína como um indicador. Isto denomina-se acidez fenolftaleína. Exemplos práticos A indústria de processamento alimentar utiliza as medições de ph para determinar as condições óptimas para a preparação de alimentos e a sua duração. Os engenheiros químicos alimentares descobriram que a gelatina não gelifica com um ph acima de 3.5 ou abaixo de um ph de 2.5. Mantendo o ph dentro desta gama, a indústria de produção de gelatina é capaz de funcionar mais eficientemente e a qualidade dos seus produtos acabados é muito mais consistente do que era antes de introduzir o controle de ph. Recomenda-se um valor de ph de 4.0 a 5.8 para o pão cozido, para prolongar a sua duração. A massa crua tem que ser acidificada para um ph de 4.1 ou menos, de modo a assegurar que os agentes patogénicos não se multiplicam. A indústria de processamento de sumo de laranja usa frequentemente as medições de acidez como parte dos seus procedimentos de controlo de qualidade. O sumo efectuado a partir de concentrado é testado usando o método de titulação para obter uma medição Termos-chave: Ácida uma solução com uma alta concentração de iões de hidrogénio. Na gama de ph, possui um valor menor que 7. Acidez a capacidade quantitativa da água em ser neutralizada por uma base para um ph definido. Chuva Ácida qualquer forma de precipitação molhada que tem um ph menor que 5.6. O termo chuva ácida foi criado por um químico inglês, Robert Angus Smith, em Solução Neutra a concentração de iões de hidrogénio de água pura à temperatura ambiente é igual à concentração dos iões de hidróxido. A medição de qualquer ião nesta situação é 1.0 x 10 7 molar, ou 7 usando a gama de ph. Se os iões de hidrogénio são aumentados, a solução torna-se mais ácida e a medição de ph desce abaixo de 7. Se os iões de hidrogénio diminuíram, a solução torna-se mais básica e a medição de ph sobe acima de 7. Fenolftaleína um indicador ácido-base que é incolor numa solução ácida. O indicador muda de cor-de-rosa para vermelho à medida que a solução se torna alcalina. quantitativa da acidez. Neste exemplo, duas amostras de sumo com o mesmo ph podem ter diferentes medições de acidez. Isto é possivelmente causado pela presença de níveis variáveis de citratos cujas propriedades padronizantes podem tornar a acidez mais alta numa amostra quando comparada com outra amostra. Sumário Acidez 9
14 Actividade Laboratorial- Acidez Introdução e Objectivos Os estudantes vão-se familiarizar com o funcionamento do medidor phep 4 incluído neste estojo, usando-o para avaliar o ph e determinar as propriedades de acidez das soluções. Procedimento de Teste 1. Coloque uma mistura de 50 ml de água e 50mL de sumo de laranja num copo de 250 ml. Esta é a Solução 1. Usando o medidor phep 4, meça o ph da solução. 2. Coloque 100 ml de água num copo. Adicione sumo de laranja em incrementos de 1 colher de chá (5mL), medindo o ph com o medidor phep 4 após adicionar cada colher de chá. Pare de adicionar sumo de laranja assim que o ph da solução estiver igual ao ph da solução no passo Agite a solução efectuada no passo 2, e deite fora o excesso até restar apenas 100mL de solução no copo. Esta é a Solução Adicione 1/2 colher de chá (2.5mL) de bicarbonato de soda à Solução 1, e meça o ph da solução. Adicione 1/2 colher de chá de bicarbonato de soda à Solução 2, e meça o ph da solução. Utilizar o medidor phep 4: 1. Ligue o medidor pressionando e mantendo o botão MODE durante 2-3 segundos. Todos os segmentos usados no mostrador serão visíveis durante alguns segundos, seguidos por uma indicação percentual da vida de pilha remanescente. 2. Para efectuar medições, mergulhe o eléctrodo na solução a ser testada enquanto o agita cuidadosamente. As medições devem ser efectuadas quando o símbolo de estabilidade no topo esquerdo do mostrador desaparece. 3. O valor de ph, automaticamente compensado, é indicado no mostrador primário enquanto o mostrador secundário indica a temperatura da amostra. 4. Para fixar o mostrador, pressione o botão SET/HOLD durante 2-3 segundos até HOLD aparecer no mostrador secundário. Pressione qualquer botão para voltar ao modo normal. 5. Para desligar o medidor, pressione o botão ON/OFF/MODE enquanto em modo de medição normal. OFF aparecerá na parte inferior do mostrador. Solte o botão. 10 Guia do Professor para o Estojo de Testes Educacional de Qualidade da Água
15 Tabelas de Resultados Descrição valor de ph Comentários 50mL de água + 50mL sumo de laranja 100mL água + 1 cc. S.L. 100mL água + 2 cc. S.L. 100mL água + 3 cc. S.L. 100mL água + 4 cc. S.L. 100mL água + 5 cc. S.L. Solução 1 50mL água + 50mL sumo de laranja + 1/2 c.c. de bic. de soda Solução 2 (100mL água + X cc. S.L.) + 1/2 cc. bicarb. de soda Resultados e Observações Quais os efeitos nos resultados de ph para cada solução após adicionar o bicarbonato de soda. Qual solução possui a maior acidez? Debata porque é que as soluções com o mesmo ph podem ter acidez diferente e porque é que as fábricas de sumo de laranja verificam a acidez como parte regular do seu processo de produção. Actividade Laboratorial Acidez 11
16 Procedimentos de Teste em Campo- Acidez INSTRUÇÕES Usará o Estojo de Testes para Acidez para esta actividade. Siga as instruções passo-a-passo abaixo indicadas. O teste deve ser repetido três vezes para determinar a precisão dos seus procedimentos de teste. Teste também o ph da amostra de água usando o medidor phep 4 que foi utilizado na Actividade Laboratorial. Como é mais fácil obter leituras com este medidor, teste o rio em vários pontos diferentes para ver se as leituras são consistentes umas com as outras. Nota: Empurre e rode a ponteira da pipeta até ao final cónico da seringa, assegurando um encaixe à prova de ar. Determinação de Acidez Metilo Laranja Remova a tampa do recipiente plástico pequeno. Enxague o recipiente plástico com a amostra de água, encha até à marca de 5 ml e volte a colocar a tampa. Adicione 1 gota de reagente 1 através do orifício da tampa e misture cuidadosamente rodando o copo em pequenos círculos. acidez metilo laranja como zero. Prossiga com o procedimento para a determinação de acidez de fenolftaleína. Se a solução está amarela prossiga com o próximo passo. Pegue na seringa de titulação e empurre o êmbolo completamente na seringa. Insira a ponteira na solução do Reagente 4 e puxe o êmbolo para fora, até a parte inferior do vedante do êmbolo estar na marca 0 ml da seringa. Coloque a ponteira da seringa no orifício da tampa do copo plástico e lentamente adicione a solução de titulação gota-a-gota, misturando em círculos após cada gota. Continue a adicionar a solução de titulação até a solução no copo plástico alterar de amarelo para verde. Leia os mililitros de solução de titulação na escala da seringa e multiplique por 500 para obter mg/l (ppm) CaCO 3. Através do orifício da planta, adicione 1 gota de Reagente 2 e misture. Se a solução está verde ou azul, registe a 12 Guia do Professor para o Estojo de Testes Educacional de Qualidade da Água
17 Determinação de Acidez de Fenolftaleína Remova a tampa do recipiente plástico pequeno. Enxague o recipiente plástico com a amostra de água, encha até à marca de 5 ml e volte a colocar a tampa. Através do orifício da planta, adicione 1 gota de Reagente 3 e misture. Se a solução se torna vermelha ou rosa, então a solução é alcalina e deve ser efectuado um teste de alcalinidade (veja a secção Alcalinidade). Se a solução permanece incolor, passe ao próximo passo. Pegue na seringa de titulação e empurre o êmbolo completamente na seringa. Insira a ponteira na solução do Reagente 4 e puxe o êmbolo para fora, até a parte inferior do vedante do êmbolo estar na marca 0 ml da seringa. Coloque a ponteira da seringa no orifício da tampa do copo plástico e lentamente adicione a solução de titulação gota-a-gota, misturando em círculos após cada gota. Continue a adicionar a solução de titulação até a solução no copo plástico se torne rosa. Leia os mililitros de solução de titulação na escala da seringa e multiplique por 500 para obter mg/l (ppm) CaCO 3. Determinações de Gama Baixa Se o resultado é inferior a 100 mg/l, a precisão do teste pode ser melhorada. Remova a tampa do recipiente plástico grande. Enxague o recipiente plástico com a amostra de água, encha-o até à marca de 25 ml e volte a colocar a tampa. Prossiga com o teste como explicado para as medições de gama alta. Para obter os resultados para ambas acidez fenolftaleína e metilo laranja, multiplique o número lido na seringa por 100. SAÚDE E SEGURANÇA Os químicos contidos neste estojo podem ser perigosos se manuseados inapropriadamente. Leia as Fichas de Segurança Técnica antes de efectuar o teste. Procedimentos de Teste em Campo Acidez 13
18 Sumário- Alcalinidade O que é este parâmetro? A alcalinidade é a capacidade quantitativa da amostra de água para neutralizar um ácido para um ph definido. É uma medição de quanto bem uma amostra é capaz de se padronizar contra alterações de ph que podem ser causadas pela reacção com um ácido. Como parte da análise da qualidade da água, a alcalinidade não é um poluente. Em vez disso. é uma medição de quanto ácido pode ser adicionado a uma amostra sem causar uma alteração significante no ph. A alcalinidade é expressa em mg/l de carbonato de cálcio (CaCO 3 ). Esta medida de carbonato de cálcio é normalmente usado por profissionais para determinar as propriedades corrosivas da água causadas por carbonatos, bicarbonatos, e sais dissolvidos, que se não forem controlados causarão sérios problemas em equipamentos industriais. A principal fonte de alcalinidade são as rochas de carbonato como a pedra calcária. A água que viaja através das rochas ricas em carbonato possui uma alta alcalinidade. Algumas rochas, como o granito, não possuem um alto conteúdo de carbonato e as águas em regiões predominantes de granito têm baixa alcalinidade. Outras fontes de alcalinidade podem ser os aniões que podem ser hidrolisados, como os fosfatos, silicatos, boratos, fluoretos, e e alguns ácidos orgânicos. Porque é importante? A análise da alcalinidade é importante no tratamento de água potável, águas residuais, piscinas, em sistemas de aquecimento e de arrefecimento e em sistemas de limpeza de alimentos e bebidas. É também um parâmetro-chave a ser controlado na agricultura e piscicultura. As plantas e animais aquáticos beneficiam da alcalinidade mais elevada pois ajuda a estabilizar o ph da água em que vivem. O efeito padronizante da alcalinidade ajuda a proteger a vida aquática de grandes alterações, acima e abaixo, no ph do seu ambiente aquático. Os efeitos da chuva ácida na água de um rio pode ser diminuído se a água possuir uma alta alcalinidade. O termo alcalino refere-se às substâncias que possuem a propriedade de uma base. Assim, alcalino é por vezes utilizado em vez de básico para descrever a água com um ph acima de 7.0. A alcalinidade, no entanto, refere-se à capacidade da água em neutralizar a acidez. É importante compreender a diferença entre estes dois termos, e ter a certeza que não são confundidos nem se substituem um ao outro. Como se mede? A alcalinidade pode ser medida como Alcalinidade de Fenolftaleína e Alcalinidade Total. A Alcalinidade de Fenolftaleína é determinada neutralizando a amostra para um ph de 8.3 usando uma solução de ácido hidroclórico diluído, e um indicador de fenolftaleína. Este processo 14 Guia do Professor para o Estojo de Testes Educacional de Qualidade da Água
19 converte os iões de hidróxido em água, e os iões de carbonato para iões de bicarbonato: OH - + HCl > H 2 O + Cl - CO HCl > HCO Cl- Uma vez que os iões de bicarbonato podem ser convertidos em ácido carbónico com ácido hidroclórico adicional, a Alcalinidade de Fenolftaleína mede os iões de hidróxido totais, mas apenas metade da contribuição de carbonato. Para converter completamente os iões de carbonato, o ácido hidroclórico é adicionado até o ph da amostra ser 4.5: HCO HCl > H2 CO 3 + Cl - Isto é conhecido como Alcalinidade Total. Exemplos práticos O sabão e os produtos baseados em sabão são alcalinos, uma vez que o sabão é um sal moderadamente alcalino e tem bom desempenho apenas num meio alcalino. Os produtos detergentes podem ser formulados com qualquer nível de alcalinidade desejado, como ditado pelas necessidades das tarefas de limpeza a serem efectuadas. Uma vez que a alcalinidade é útil na remoção de resíduos ácidos, gordos e oleosos. Todos os detergentes de máquinas de lavar louça utilizam a alcalinidade, como acontece com a maioria dos produtos de limpeza e produtos de limpeza para superfícies duras. Em contrapartida, a maioria dos detergentes de lavagem manual de louça são mais neutros, com um desempenho eficiente sem alcalinidade devido à acção mecânica do esfregar à mão com uma esponja ou esfregão. Termos-chave Alcalina uma substância que possui as propriedades de uma base. Alcalinidade a capacidade quantitativa da água em ser neutralizada por um ácido para um ph definido. Base uma solução com baixa concentração de iões de hidrogénio. Na gama de ph tem um valor maior que 7. Padrão uma série de espécies químicas numa solução que resistem às alterações de ph quando quer uma base, como iões de hidróxido, ou um ácido, como iões de hidrogénio, são adicionados a uma solução. Mantém o ph quase constante agindo como uma área de conservação para os iões de hidrogénio, adicionando-os à solução quando a concentração de iões de hidrogénio desce e retirando-os da solução quando a concentração aumenta. Rochas de Carbonato um carbonato é uma rocha constituída com mais de 50% de carbonato (CO 3 ). Formam-se através de vários processos químicos e bioquímicos, e englobam entre 10 a 20% de todas as rochas sedimentares. Sumário Alcalinidade 15
20 Actividade Laboratorial- Alcalinidade Introdução e Objectivos Os estudantes aprenderão acerca das qualidades de padronização do bicarbonato de sódio (bicarbonato de soda). Esta actividade ilustra como a alcalinidade aumenta numa corrente de água pela introdução de carbonatos. Procedimento de Teste 1. Coloque 100 ml de água num copo. 2. Usando o medidor phep 4, meça o ph da água. 3. Adicione 50 ml de cola à água. 4. Meça o ph novamente e anote a alteração. 5. Inicie de novo com 100mL de água num copo. Meça o ph. 6. Adicione uma colher de sopa (15mL) de bicarbonato de sódio. 7. Agite o bicarbonato de soda com a água. Meça o ph. 8. Adicione 50 ml de cola a esta solução. Meça o ph novamente. Utilizar o medidor phep 4: 1. Ligue o medidor pressionando e mantendo o botão MODE durante 2-3 segundos. Todos os segmentos usados no mostrador serão visíveis durante alguns segundos, seguidos por uma indicação percentual da vida de pilha remanescente. 2. Para efectuar medições, mergulhe o eléctrodo na solução a ser testada enquanto o agita cuidadosamente. As medições devem ser efectuadas quando o símbolo de estabilidade no topo esquerdo do mostrador desaparece. 3. O valor de ph, automaticamente compensado, é indicado no mostrador primário enquanto o mostrador secundário indica a temperatura da amostra. 4. Para fixar o mostrador, pressione o botão SET/HOLD durante 2-3 segundos até HOLD aparecer no mostrador secundário Pressione qualquer botão para voltar ao modo normal. 5. Para desligar o medidor, pressione o botão ON/OFF/MODE enquanto em modo de medição normal. OFF aparecerá na parte inferior do mostrador. Solte o botão. 16 Guia do Professor para o Estojo de Testes Educacional de Qualidade da Água