Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Mecânica
Relatório de Química Geral Para Engenharia
Experimento 8: Determinação de Cálcio, Magnésio e
Dureza total de água
Aluno: Nízia Stephanie de Lemos Rodrigues Matrícula: 352273
Curso: Engenharia Mecânica Turma: 03B
Professora: Alda Karine
Disciplina: Química Geral para Engenharia
Fortaleza – Ceará
2013
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Sumário
Página
1. Introdução Teórica.................................................................................................3
2. Objetivos................................................................................................................4
3. Material Utilizado..................................................................................................4
4. Pré-laboratório........................................................................................................4
4. Procedimento Experimental...................................................................................4
5. Resultados e Discussão..........................................................................................6
6. Conclusão...............................................................................................................7
7. Bibliografia.............................................................................................................8
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1. Introdução Teórica
O termo água dura é empregado para designar uma água com alta
concentração de íons Ca2+
e Mg2+
, provenientes muitas vezes de depósitos
subterrâneos como calcário e dolomita. Os íons zinco, estrôncio, alumínio e
ferro férrico têm papel secundário, mas também contribuem para a dureza da
água.
Tendo seu termo originado da dificuldade da lavagem de roupas, os íons
presentes na água dura muitas vezes reagem com sabões formando precipitados
o que ocasiona a ausência de espuma. Mas além de não ser benéfica para as
atividades domésticas, a utilização de uma água com a presença de grande teor
de íons cálcio e magnésio também não é indicado para máquinas geradoras de
vapor, pois esses íons possuem características naturais de se agregarem na
parede das tubulações o que é bastante prejudicial para o equipamento, podendo
causar até uma explosão.
Atualmente, um dos métodos mais empregados para determinar a dureza
da água é o método titrimetrico do EDTA, sendo baseado na reacão do ácido
etilenodiaminatetracetico (EDTA). Podendo ser utilizado como indicador a
murexida, caso o objetivo seja apenas a determinação dos íons cálcio, ou o
indicador negro de eriocromo T, que possibilita a determinação dos íons cálcio e
magnésio.
O abrandamento da água que é a retirada de íons cálcio e magnésio da
água dura pode ocorrer através de diversos processos e é largamente utilizada
em indústrias e empresas de tratamento de água para evitar os problemas que
utilização da água dura possa trazer a esses ambientes, conforme já tratado
anteriormente.
Um dos processos mais conhecidos de abrandamento da água dura é a
utilização da resina de troca catiônica que consiste em fazer a água atravessar
uma resina catiônica que captura os íons Ca2+ e Mg2+, substituindo-os por íons
que formarão compostos solúveis e não prejudiciais ao homem, tais como o
Na+. Há ainda a opção do processo de destilação e de precipitação química,
também conhecido como cal-soda.
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2. Objetivos
- Determinar componentes químicos em uma amostra de água;
- Utilizar resina catiônica para abrandamento da água.
3. Material Utilizado
- 1 Proveta;
- 3 Erlenmeyers de 250 mL;
- Água dura;
- KOH;
- Indicador murexida;
- EDTA;
- Solução tampão;
- Indicador negro de eriocromo T;
- Resina catiônica.
4. Pré-laboratório
1) Calcule a quantidade de sal disódico de ácido etilenodiaminotetracético,
Na2H2Y.2H2O sendo Y = C10O8N2H12 , necessária para preparar 250 mL de
solução 0,01 M de EDTA. Dados: massa molar do sal disódico de ácido
etilenodiaminotetracético = 372,24g.
Msal = 0,01 mol/L * 372,24 g * 0,25 L = 0,9306 mol/g de disódico de ácido
etilenodiaminotetracético.
5. Procedimento Experimental
Parte A – Determinação do Ca2+
em uma amostra de água:
a) Utilizando uma proveta, foi retirada uma alíquota de 50 mL da amostra de água
dura fornecida pelo professor e posteriormente, transferiu-se a amostra para um
erlenmeyer de 250 mL.
b) Em seguida, adicionou-se a amostra 2,0 mL de KOH a 10% e uma pitada do
indicador murexida.
c) Foi feita a titulação da mistura com solução de EDTA 0,01 M até obter-se uma
cor roxa, como observado na imagem a seguir:
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Figura 1 - Titulação com Indicador Murexida
Parte B – Determinação de Ca2+
e Mg2+
em uma amostra de água:
a) Transferiu-se para um erlenmeyer de 250 mL uma alíquota de 50 mL de amostra
de água e 3 mL da solução tampão pH = 10 (NH4Cl/NH3).
b) Em seguida, foi adicionado o indicador negro de eriocromo T, que permite
determinar simultaneamente os íons de Ca2+
e Mg2+
.
c) Ao final, foi realizada a titulação da mistura com EDTA 0,01 M até obter-se
uma coloração azulada, como observado abaixo:
Figura 2 - Titulação com Indicador Negro de Eriocromo T
Parte C – Abrandamento da amostra de água:
a) Foi colocada em um erlenmeyer de 250 mL, 100 mL de água fornecida pelo
professor. Posteriormente, adicionou-se uma colher de resina de troca iônica e
misturou-se por 10 minutos.
b) Retirou-se a água sobrenadante e repetiu-se o procedimento da parte B.
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6. Resultados e Discussão
Parte A – Determinação do Ca2+
em uma amostrade água:
Ao final da titulação, observou-se que foi utilizado um volume de 6,2 mL
de EDTA. Sabendo-se que para que haja a ativação do indicador o número de
EDTA precisa ser igual ao número de íons Ca2+
e que n = M*V, obteve-se:
(M*V)EDTA = (M*V)Ca2+
6,2 * 0,01 = m/MM
MCa2+ = 6,2*0,01*40,08 = 2,5 mg = 2,5 * 10-3
g para cada 50 mL.
Expressando isso em termos de partes por milhão (ppm), é obtido o seguinte:
2,5 mg ______50 mL
X __________ 1000 mL
X = 50 ppm.
Parte B – Determinação de Ca2+
e Mg2+
em uma amostra de água
Ao final da titulação, observou-se que foi utilizado um volume de 11,6
mL de EDTA. O volume utilizado passa a ser maior, quase o drobro, do
encontrado na parte A, pois na parte B, além de permitir a determinação dos íons
de Ca2+
, o indicador usado também permitirá a determinação dos íons Mg+2
.
Dessa forma, a mistura só mudará de cor quando todos os íons de Cálcio e
Magnésio tiverem sido “neutralizados” pelo EDTA.
Para obter-se a dureza total da água, foi considerado o Mg2+
como sendo
o íon Ca2+
, como pode ser percebido abaixo:
0,01 mol/L ____________________ X de CaCO3
0,05 L ________________________ 0,0116 L
X = 2,32 * 10-3
mol/L de CaCO3
Transformando em gramas e parte por milhão:
1 mol de CaCO3 ___________________100,09g
2,32*10-3
mol/L _______________ Y
Y = 0,232 g/L = 232 mg/L = 232 ppm de CaCO3.
Parte C – Abrandamento da amostra de água:
Após a utilização da resina para abrandar a água e a repetição do
experimento da parte B, foi-se obtido um volume de EDTA de 1,3 mL, ou seja,
muito abaixo do que havia sido encontrado anteriormente. Isso se deve pelo fato
da resina ter removido em grande parte os cátions, sendo por isso chamada de
resina catiônica.
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Além da resina, há outros métodos de abrandamento como o
abrandamento por Destilação, cujo processo de destilação envolve ferver a água
transformando-a em vapor. O vapor de água é conduzido a uma superfície de
refrigeração onde retorna ao estado líquido em outro recipiente. Uma vez que as
impurezas (solutos) não são vaporizados, permanecem no primeiro recipiente.
Observe-se que mesmo a destilação não purifica completamente a água, embora
a torne 99,9% pura.
Também há o abrandamento por precipitação química, cujo processo se
dá por adição de cal (CaO) e carbonato de sódio (Na2CO3).A cal é utilizada para
elevar o pH da água fornecendo a alcalinidade necessária, enquanto o carbonato
de sódio pode fornecer a alcalinidade para a reação e também os íons carbonato
necessários.
Após o abrandamento da água, calculou-se novamente a sua dureza e
obteve-se os resultados a seguir:
0,01 mol/L ___________ X
0,05 L _______________13*10-4
X = 2,6 *10-4
mol/L de CaCO3
Representando em ppm, tem-se:
1 mol ___________100,09g
2,6 *10-4
mol/L____Y
Y = 0,0260 g/L = 26 mg/L = 26 ppm.
Ou seja, já conforme o esperado.
7. Conclusão
A partir do experimento e das observações feitas, conclui-se que a
determinação da quantidade correta de íons cálcio e magnésio na água é
extremamente importante para a realização do abrandamento da água dura. Caso
a determinação da quantidade de íons cálcio e magnésio presentes na água não
seja feita corretamente, pode chegar a piorar a situação como, por exemplo, no
abrandamento conhecido como método cal-soda. Dessa forma, tornaria inviável
a utilização da água em muitas atividades domésticas e até mesmo de higiene
pessoal.
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8. Bibliografia
BROW, T. L.; LEMAY Jr, H. E.; BURDGE, J. R.; Química a Ciência Central,
9ª ed. São Paulo: Pearson, 2005.
TEIXEIRA, E. R.; PAULA, R. C.; Manual de Laboratório, Química Geral
para Engenharia. Fortaleza: UFC. 2013.
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