Discentes: Pedro Tup Pandava AumCludio Regis dos Santos LucasDocente: Prof. Dr. Djalma Ribeiro da SilvaNatal/RN, outubro de 2011Sumrio da Apresentaoy Introduoy guas subterrneasy Oxidao-reduo em guas naturaisy Demanda de oxignioy Decomposio anaerbica de matria orgnica em guas naturaisy A Escala de pEy Compostos de enxofre em guas naturaisy Compostos de nitrognio em guas naturaisy A qumica cido-base em guas naturaisy Os sistemas CO2/CarbonatoIntroduoy 97% da gua no mundo gua do mar;y da gua doce est em geleiras e calotas polares;y Principais fontes de gua potvel (1 km.guas subterrneas em relao s regies do soloPartculas do solo cobertas por um filme de gua, mas existe arentre as partculas.gua deslocou todo o ar.0,6% do suprimento de gua mundial.Oxidao-reduo em guas naturaisy Oxignio dissolvido oxidante mais importante!!y Semi-reao em meio cido:y Semi-reao em sol. aquosa alcalina:y Baixa conc. de O2dissolvido em gua:y Constante de equilbrio (Lei de Henry) para o O2a 25C:y Presso parcial do O2em ar seco:O H e H O2 22 4 4 + + + + + OH e O H O 4 4 22 2) ( ) (2 2aq O g O m? A1 1 32. . 10 3 , 1 / ) (2

- = = atm L mol P aq O KO Hatm PO21 , 02=Oxidao-reduo em guas naturaisy Solubilidade do O2 em gua (25C): 8,7 ppmy Solubilidade O2(0C): 14,7 ppmy Solubilidade O2(35C): 7,0 ppmy guas de rios ou lagos aquecidas artificialmentepoluio trmicay Usinas geradoras de energia eltricay Peixes necessitam de > 5 ppmde 02 dissolvidoDemanda de Oxignioy Oxidao da matria orgnica (plantas mortas e restos de animais)y Reao de oxidao: y Oxidao da amnia y Resultado da atividade biolgica;y Reao de oxidao em soluo alcalina para formar nitrato (NO3-):) ( ) ( ) ( ) (2 2 2 2aq O H g CO aq O aq O CH + +Carboidrato ++ ++ + +3 2 22 2 2 42 24 2 2 3 2NO O NOH O H NO O NHDemanda de Oxignioy Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO)Capacidade da matria orgnica presente em uma amostra de gua natural em consumir oxignio. y Avaliao experimentaly Determinao de O2dissolvido em amostra antes e aps um perodo de tempo;y Selada de gua;y Escuro;y T constante: 20C ou 25C.y DBO = quantidade de O2consumido como resultado da oxidao da matria orgnica dissolvida na amostra.y DBO5(5 dias): 80% do que seria determinado para um tempo muito longo.y Demanda Qumica de Oxignio (DQO)y Determinao mais rpida;y Semi-reao de reduo do dicromato:O H Cr e H O Cr23 27 27 2 6 14 + + +++ on dicromato on cromo (III)Demanda de Oxignioy Demanda Qumica de Oxignio (DQO)y Dificuldade de medida da demanda de O2y Soluo cida de dicromatooxidante muito fortey Oxida substncias que no seriam oxidadas pelo O2y DQO > DBOy guas poludasy Demanda de O2> [O2(aq)]eqy TratamentoReduzir a DBOCOT e CODDeterminao da quantidade de substncias orgnicas na gua:y Carbono Orgnico Total (CTO)y Matria orgnica dissolvida e em suspenso;y CTO em guas subterrneas ~ 1 ppmde carbono.y Carbono Orgnico Dissolvido (COD)y Somente a matria orgnica dissolvida;y Em guas superficiais ~ 5 ppm de carbono.y Em pntanos e lamaais ~ 50 ppm de carbono.y Em esgotos no tratados ~ centenas de ppmDecomposio anaerbica de matria orgnica emguas naturaisy Ocorrem em guas estagnadasy Pntanos e lagos profundosy Reao de fermentao:y Metano praticamente insolvel em guags dos pntanosy Digestores: excrementos de animaisgs metano (combustvel) 2 4 22 CO CH O CHbactrias+ 2CO3 2CO H 24SO

3NO

3HCO3) (OH Fe4CH+4NH) (2aq Fe+3NH) (2aq Fe+[O2] ~ saturao (contato com o ar + fotossntese das algas)Forma + oxidadaO2consumido na decomposio de material biolgicoForma + reduzidaA Escala de pECaracteriza a extenso na qual as guas naturais so de natureza redutora.y pE baixo: eltrons das substncias dissolvidas facilmente disponveisy Meio de natureza muito redutora em termos qumicosy pE alto: poucos eltrons disponveisy Substncias dissolvidas so agentes oxidantesy Clculo de pEy Reao dominantedetermina a disponibilidade total de eltronsefetivaaq e pE )] ( log[

=A Escala de pEO2dissolvidoreaes de decomposio orgnicaprodutos dissolvidos determinao da disponibilidade de eltrons y Exemplo: determinao de pE por ons de nitrato ou sulfato.y Caso extremo de condies anaerbicasy CH4e CO2 produzidos pela fermentao da matria orgnicay Determinao de pE CH4 dissolvido (agente redutor) /CO2dissolvido (ag. oxidante) y Semi-reao:O H CH e H CO2 4 24 / 1 8 / 1 8 / 1 + m + + +'+

'

=coefcoefreagentesprodutospE pE] [] [log0'+

'

=+] [ ] [] [log8 / 128 / 140H COCHpE pE1 , 4 log 8 / 1 87 , 242 ='+

'

+=CHCOPPpH pE guas dos nveis inferiores de uma lago estratificadopE0.Compostos de enxofre em guas naturaisy Molculas orgnicas e bioorgnicas (aminocidos)Compostos de enxofredecomposio anaerbicasulfetos de hidrognio + metanotiol (CH3SH) + dimetilsulfeto (CH3SCH3)y Sulfetos de hidrognioy Bactrias anaerbicas no mar baixa concentrao de O2:4 2 2 2SO H SO S HAr

24 2SO S S HbactriasO H CO S H O CH SO2 2 2245 3 2 4 3 2 + + + ++ Compostos de nitrognio em guas naturaisy Formas orgnicas e inorgnicasy Formas + reduzidas: NH3e NH4+y Formas+ oxidada: NO3-y Nitrificao (oxidao)y Desnitrificao (reduo) + 3 4 3NO NH ou NHismos microorgan2 2 3N NO ou NO 2CO3 2CO H 24SO

3NO

3HCO3) (OH Fe4CH+4NH) (2aq Fe+3NH) (2aq Fe+Ambientes anaerbicos no redutores o suficiente pra converso em NH3(solos alagados).Utilizado em fertilizantesNitratos e nitritos em alimentos e na guay Fontes de NO3-na gua potvely Escoamento de terras agrcolas para os rios e riachos:Incio: Esterco, nitrato de amnio no absorvido, outros fertilizantes nitrogenados.Atualmente: cultivo intensivo da terra facilita a oxidao para NO3-do nitrognioreduzido presente na matria orgnica decomposta no solo (aerao + umidade).y Existem ecossistemas inteiros dominados pelos composto de nitrognioy Mar Blticoy ons nitrato em guas residuaismary Camada superpovoada de algasNitratos e nitritos em alimentos e na guay Excesso de NO3-na gua potvelRISCO A SAUDE!!!y Metemoglobinemiay Bebs recm-nascidos e adultos com uma determinada deficincia enzimtica.y Em mamadeiras no esterilizadas ou no estmago do beb:Impede a absoro e o transporte de O2para as clulas.y Adultos: Nitrato absorvido antes de reduzir para nitrito.y Cncer de estmagoy Ainda sem comprovaoO H NO e H NObactrias2 2 32 2 + + ++ + oxidaoa Hemoglobin NO2Beb fica azul e sofre de insuficincia respiratriaNitrosaminas em alimentos e na guay Excesso de NO3-na gua potvely Cncer de estmagoas Nitrosamin Aminas2 +

NOAo carcinognica em animaisProvvel carcinognico humanoPode transferir um grupo metila para um N ou O da base do DNAMudana no cdigo de instrues para sntese de protenas na clulaA qumica cido-base em guas naturaisy Os sistemas CO2/Carbonato) (2g CO3CaCO

++ 3 3 2HCO H CO H

+ +3 223HCO OH O H COO H2ARGUALEITO+ 2Ca++gua em equilbrio com Carbonato de Clcio Slido ++ 2323) ( CO Ca s CaCO ? A? A9 23210 6 , 4+= = x CO Ca Kps? A ? A += =2323CO Ca SCaCO9 210 6 , 43

= x SCaCOL mol SCaCO/ 10 8 , 653

- =

+ + OH HCO O H CO3 223? A? A

=233 23) (COOH HCOCO Kb++ + + OH HCO Ca aq O H s CaCO322 3) ( ) () () (323

=HCO KKCO Kawb11142310 7 , 410 0 , 1) (

=xxCO Kb4 2310 1 , 2 ) ( - = CO Kbb ps sK K K - =+=? A? A? A+ = OH HCO Ca CO Ks 32 23) (? A ? A ? A+= = = OH HCO Ca SCaCO 32313 4 9 310 7 , 9 10 1 , 2 10 6 , 43

- = - - - =CaCOSL mol x SCaCO/ 10 9 , 953

=10 = pH? A

=OH SCaCO3gua em equilbrio com CaCO3e CO2Atmosfrico ++ 2323) ( CO Ca s CaCO

+ + OH HCO O H CO3 223) ( ) ( ) (3 2 2 2aq CO H ag O H g CO + ++ 3 3 2HCO H CO H+ + + +23 2 2 32 ) ( ) ( ) ( Ca HCO aq O H g CO s CaCOO H OH H2 + ++1 33610 5 , 1

-- =- - -=atm LmolKK K K KKwa H b psgb) 1 () 2 () 3 () 4 () 5 (? A? A6223210 5 , 100036 , 0) 2 (2

+- =-= =S SPHCO CaKCOgb? ALmolCO S4210 1 , 5

- = =[CO2] 35 vezes maior que sem a presena do CaCO3[Ca2+] 4 vezes maior que sem a presena do CO2gua em equilbrio com CaCO3e CO2Atmosfrico? A? A LmolCaKCOps 64922310 0 , 910 1 , 510 6 , 4

+

- =--= =? A? A? A LmolHCOCO KOHb 636 432310 9 , 110 0 , 110 0 , 9 10 1 , 2

- =-- - -= =? A ? ALmolCO Ca42210 1 , 5 +- = =? A ? ALmolCO HCO32 310 0 , 1 2 - = - =? A? A LmolOHKHw 961410 3 , 510 9 , 110 0 , 1

+- =--= =3 , 8 = pH guas calcrias so levemente bsicasConcentraes de ons em guas naturais e em gua potvelon Mdia Mundial rios -(mol/L)Padro de gua potvel nos EUA (ppm)HCO-39,2 x 10-4Ca2+3,8 x 10-4Mg2+1,6 x 10-4Na+3,0 x 10-4Cl-2,3 x 10-4250SO2-41,1 x 10-4250K+5,4 x 10-5F-- 0,8-2,4NO3-3,8 x 10-5Fe3+7,3 x 10-6A gua do mary Os ons predominantes so o Cl-e o Na+, com concentrao cerca de 1000 vezes maior que nas guas doces;y DQO de aproximadamente 1 mg/L.y pH de cerca de 8,1;ndices de Alcalinidade em guas naturaisy As guas naturais contem diversos ons em um sistema que pode no estar em equilibrio;y A alcalinidade determina a concentrao real de espcies bsicas ou a resistncia a acidificao;Alcalinidade (total) = 2 [CO2-3]+[HCO-3]+[OH-] - [H+] y Altos valores de alcalinidade significam maior fertilidade potencial? A2 2 2lg O as a luz O H CO + = + + + = + OH CO luz HCO2 3ndice de durezay Dureza definida como a concentrao total de Ca2+e Mg2+ 2 3CO CaMg4CaSO3CaCOO alumnio nas guas naturaisy Concentrao tpica de 10-6mol.L-1devido ao pH de 6 a 9 e aumenta por fator de 103 para cada unidade reduzida na escala de pH.