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Condutividade elétrica


A água pura apresenta baixa condutividade elétrica, mas essa propriedade aumenta significativamente com a adição de uma pequena quantidade de um eletrólito, como o cloreto de hidrogênio. Assim, o risco de choque elétrico é muito maior em água com impurezas não encontradas na água pura. (Convém notar, porém, que o risco de choque elétrico diminui quando a concentração de impurezas é tal que torna a água um melhor condutor que o corpo humano. Por exemplo, o risco de choque elétrico na água do mar é menor que em água doce, porque a água do mar tem uma concentração muito maior de impurezas, particularmente o sal comum, e a corrente principal flui pelo melhor condutor. Isso não é sempre garantido, contudo, e subsiste um risco substancial na água salgada.) Todas as propriedades elétricas observáveis na água provêm dos íons de sais minerais e de dióxido de carbono misturados nela. De fato, a água se auto-ioniza, processo em que duas moléculas de água se tornam um ânion hidróxido e um cátion hidrônio, mas não o bastante para carregar corrente elétrica suficiente para exercer qualquer trabalho ou dano na maioria dos casos. Em água pura, um equipamento sensível pode detectar uma ligeira condutividade elétrica de 0,055 μS/cm a 25 °C. A água também pode, por meio de uma eletrólise, separar-se nos gases hidrogênio e oxigênio, mas, na ausência de íons dissolvidos, esse é um processo muito lento, porque apenas uma corrente muito pequena pode ser conduzida. Enquanto os elétrons são os principais portadores de carga na água (e nos metais), no gelo (e em alguns outros eletrólitos) os prótons são os principais portadores (veja condutor de prótons).

pH


pH é o símbolo para a grandeza físico-química 'potencial hidrogeniônico'. Essa grandeza indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução aquosa.

O termo pH foi introduzido, em 1909, pelo bioquímico dinamarquês Søren Peter Lauritz Sørensen (1868-1939) com o objetivo de facilitar seus trabalhos no controle de qualidade de cervejas (à época trabalhava no Laboratório Carlsberg, da cervejaria homônima). O "p" vem do alemão potenz, que significa poder de concentração, e o "H" é para o íon de hidrogênio (H+).

Às vezes é referido do latim pondus hydrogenii.

Matematicamente, o "p" equivale ao simétrico do logaritmo (cologaritmo) de base 10 da atividade dos íons a que se refere. Para íons H+:



Sendo que representa a actividade em mol dm-3.


Em soluções diluídas (abaixo de 0,1 mol dm-3), os valores da atividade se aproximam dos valores da concentração, permitindo que a equação anterior seja escrito como abaixo:



Medida de pH


O pH pode ser determinado usando um medidor de pH (também conhecido como pHmetro) que consiste em um eletrodo acoplado a um potenciômetro. O medidor de pH é um milivoltímetro com uma escala que converte o valor de potencial do eletrodo em unidades de pH. Este tipo de elétrodo é conhecido como eletrodo de vidro, que na verdade, é um eletrodo do tipo "íon seletivo".

O pH pode ser determinado indiretamente pela adição de um indicador de pH na solução em análise. A cor do indicador varia conforme o pH da solução. Indicadores comuns são a fenolftaleína, o alaranjado de metila e o azul de bromofenol.

Outro indicador de pH muito usado em laboratórios é o chamado papel de tornassol (papel de filtro impregnado com tornassol). Este indicador apresenta uma ampla faixa de viragem, servindo para indicar se uma solução é nitidamente ácida (quando ele fica vermelho) ou nitidamente básica (quando ele fica azul).

Obs.: Embora o valor do pH compreenda uma faixa de 0 a 14 unidades, estes não são os limites para o pH. É possível valores de pH acima e abaixo desta faixa, como exemplo, uma solução que fornece pH = -1,00, apresenta matematicamente -log [H+] = -1,00, ou seja, [H+] = 10 mol L-1. Este é um valor de concentração facilmente obtido em uma solução concentrada de um ácido forte, como o HCl.


Cálculo de pH de algumas soluções aquosas


O valor de pH de uma solução pode ser estimado se for conhecida a concentração em íons H+. Apresentam-se em seguida vários exemplos:

[editar] Solução aquosa de ácido clorídrico (HCl) 0,1 mol L-1


Está é uma solução de um ácido forte, por isso, o HCl presente estará completamente ionizado. Como a concentração é de apenas 0,1 mol L−1, ele está suficientemente diluído para que os valores de sua atividade sejam próximos ao de sua concentração. Sendo assim, pode-se obter o pH pela expressão abaixo:

[H+] = 0,1 mol L−1

Então: pH = -log[0,1] = 1.

Cor e Turbidez


Dois parâmetros que saltam aos olhos, a cor e a turbidez são dois indicadores da qualidade da água que às vezes estão interrelacionados.

Cor


A cor é geralmente um indicador da presença de metais (Fe, Mn), húmus (matéria orgânica oriunda da degradação de matéria de origem vegetal), plâncton (conjunto de plantas e animais microscópicos em suspensão nas águas) dentre outras substâncias dissolvidas na água.

A determinação de cor comumente é feita pela comparação visual com soluções de cloroplatinato de cobalto ou com discos de cor semelhantes à coloração das soluções de cloroplatinato de cobalto. É recomendável que seja feita no momento da coleta, evitando a estocagem o que poderia ocasionar variações no pH.

Costuma-se definir cor aparente e a cor verdadeira.


  • A cor verdadeira se refere à determinação de cor em amostras sem turbidez (Ex: após filtração ou centrifugação).

  • E a cor aparente se refere à determinação de cor em amostras com turbidez (com material coloidal ou em suspensão).

A técnica de comparação com cloroplatinato é mais adequada à determinação de cor de águas de fontes naturais, mas não costuma ser adequada à determinação da cor de efluentes. Nesses casos é possível variar a relação entre cloro e platina para ajustar a tonalidade da solução mas quando isso não é possivel recomenda-se o uso de técnicas instumentais (espectrofotometria).

Ao se comparar a eficiência de diferentes tratamentos para a remoção de cor, deve-se respeitar a incerteza associada a cada faixa de leitura (Tabela 3) e verificar o pH das amostras.

Tabela 3. Incerteza associada a cada faixa de leitura de cor.(Fonte: Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition)


Cor[a]

Incerteza

1 -50

± 1

51 - 100

± 5

101 - 250

± 10

251 - 500

± 20

Notas:
a. A cor produzida pela concentração de 1 mgPt/L é adotada como uma unidade de cor.

Turbidez


A turbidez é uma medida do espalhamento de luz produzido pela presença de partículas coloidais ou em suspensão e é expressa como unidade nefelométrica de turbidez (NTU - Nephelometric Turbidity Unity) usando-se como padrão para calibração do turbidímetro uma suspensão de polímero formazin (sulfato de hidrazina + hexametileno tetramina) ou uma suspensão de látex ou então micro esferas de estireno-divinilbenzeno, conforme o fabricante do equipamento.

A turbidez é um parâmetro indicador da possível presença de argila, silt, substâncias orgânicas (Ex: húmus) ou inorgânicas (Ex: óxidos) finamente divididas, plâncton e algas. Indicando, por exemplo, o risco de entupimentos de filtros e tubulações.

A determinação deve ser feita o mais rápido possível evitando alterar a temperatura e o pH da amostra.

Mudanças no pH podem alterar a cor e/ou provocar a coagulação de partículas em suspensão alterando as leituras de turbidez.

Pode ser recomendável, em alguns casos, degasar a amostra para a remoção de micro bolhas de gases dissolvidos com o uso de vácuo ou ultra-som, mas com cuidado.

Ao se comparar a eficiência de diferentes tratamentos para a remoção de turbidez, deve-se respeitar a incerteza associada a cada faixa de leitura (Tabela 4)

Tabela 4. Incerteza associada a cada faixa de leitura de turbidez.(Fonte: Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition)


Turbidez (NTU)

Incerteza

0 - 1,0

± 0,05

1,0 - 10

± 0,1

10 - 40

± 1

40 - 100

± 5

100 - 400

± 10

400 - 1000

± 50

> 1000

± 100

Colóides


As substâncias responsáveis pela cor e turbidez podem, muitas vezes, se apresentar organizadas no meio aquoso em diferentes escalas de tamanho, afetando significativamente a forma como essas substâncias interagem com o solvente e os demais componentes da solução/mistura.

A figura seguinte ilustra a distribuição de tamanho de alguns componentes típicos de águas naturais agrupando-os em três categorias: solúvel, coloidal e precipitado.

Segundo essa classificação (arbitrária), os colóides compreendem as partículas, ou gotas, em suspensão na água com diâmetro entre ~10 nm (10-8 m) e ~10 μm (10-5 m)

Figura 1. Classificação por tamanho de materias comumente presentes em águas naturais (hidrosfera).(Environmental Chemistry - A Global Perspective



Para enterdemos o papel dos colóides em química analítica, vamos citar uma questão muito comum em Química Ambiental.

Considere o problema de analisar a concentração de fósforo em um lago para avaliar o risco potencial de eutrofização.

O fósforo pode se encontrar em 2 situações extremas: ortofosfato solúvel, disponível para as algas e plantas aquáticas e fosfato insolúvel na forma de hidróxiapatita (Ca5OH(PO4)3(s)).

Entre esses 2 extremos existe toda uma gama de material sólido com diferentes densidades e tamanhos de partícula (10nm a 10 μm), contendo compostos fosforados, orgânicos e inorgânicos.

Portanto a pergunta é: Qual a fração de fósforo total que pode ser considerada biodisponível?

Com relação à determinação de fósforo, é necessário separar a fração com o tamanho de partícula desejado. Existem técnicas de centrifugação e filtração que permitem separar as frações desejadas. Mas existe um consenso que a filtração através de membrana com tamanho de poro de 0,45 μm permite uma separação entre a fração solúvel e insolúvel.

No entanto é importante lembrar na interpretação do resultado para a avaliação ambiental, que ao longo do tempo outras espécies contendo fósforo (biomassa ou fósforo adsorvido em partículas coloidais) maiores do que 0,45 μm, podem liberar ortofosfato solúvel para os organismos em crescimento.

As suspensões coloidais são capazes de espalhar a luz gerando o chamado efeito Tyndall, conforme ilustrado abaixo.

Figura 2. Espalhamento da luz produzido por dispersões coloidais. (Efeito Tyndall)





Por causa da sua grande área superficial, os colóides são capazes de adsorver moléculas ou íons da solução de forma reversível ou irreversível e portanto a presença de substâncias coloidais é um indicador da possível presença de outras substâncias orgânicas ou inorgânicas.

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