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.