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Factores que afectam o pH de uma Água
Fundamentação TeóricaFundamentação Teórica
A composição química da água natural é obtida a partir de uma fonte enorme de
solutos onde se incluem os gases e aerossóis da atmosfera, os produtos do
arrastamento e da erosão de rochas e de solos, das dissoluções e das reacções
de precipitação que ocorrem abaixo da superfície terrestre, assim como os
produtos resultantes da intervenção humana.
A classificação de águas e de outras soluções aquosas em ácidas, neutras ou
alcalinas requer processos de avaliação qualitativa e quantitativa com recurso a
medidores de pH, sensores ou indicadores.
Como se avalia o pH de uma solução aquosa?
Na chamada escala de Sorensen o pH de uma solução que varia entre 0 e 14
permite classificá-la como:
● ácida se o pH < 7
● básica ou alcalina se o pH > 7
● neutra se pH = 7
quando a análise é realizada a temperatura de 25ºC.
O pH é um dos parâmetros mais importantes para caracterizar águas. A medição
do pH deve ser feita no local de origem, mas, se tal não for possível, o recipiente
de recolha deve ficar completamente cheio, sem quaisquer bolhas de ar, e ser
rolhado imediatamente. Impedem-se assim alterações do pH provocadas por
trocas gasosas com a atmosfera.
Para avaliar a acidez, basicidade ou neutralidade de uma solução utilizam-se
várias técnicas laboratoriais. Os indicadores de ácido-base são soluções de
substâncias que mudam de cor conforme a acidez/basicidade do meio. A
mudança de cor não é abrupta. Existe um intervalo de pH (normalmente 2
unidades) para a qual a cor é mal definida que se chama zona de viragem. Este
embora seja um processo simples e barato para avaliar a acidez ou basicidade de
uma solução, fornece apenas uma indicação qualitativa (fig.2)
Fig.2- Indicadores de ácido-base: a) líquido; b) em papel.
O “papel indicador “de ácido – base é papel impregnado com uma mistura de
indicadores de tal forma que as cores que adquire permitem estabelecer uma
escala corada. Essa escala depende do pH da solução. É assim possível efectuar
medições semi-quantitativas. Este é um processo cómodo e inicialmente barato
mas acaba por se tornar caro se a sua utilização for continuada pois o papel fica
inutilizado após cada uso.
Os indicadores ácido-base apresentam uma cor em solução que depende do pH
da mesma. Cada indicador apresenta uma zona de viragem, com uma cor
correspondente à mistura das duas cores ácida e alcalina. As tabelas seguintes
apresentam alguns indicadores e suas características:
Para trabalhos mais rigorosos é necessário medir quantitativamente o pH de uma
solução. Para isso utilizam-se aparelhos próprios: medidor de pH ou sensores.
Estes medidores são aparelhos frágeis e dispendiosos.
Fig.3- Sensor de pH.
Muitas águas minerais contêm dióxido de carbono, quer de origem natural, quer
adicionado. Contêm, também, hidrogenocarbonatos e outros sais que conferem
às àguas propriedades favoráveis para a saúde ou para fins terapêuticos.
Numa água gaseificada ou não ocorrem os seguintes equilíbrios:
CO2(g)↔CO2(aq) ; CO2(aq)+H2O(l)↔H3O+(aq)+HCO3¯(aq)
Quando se abre a garrafa, o dióxido de carbono começa a libertar-se em
pequenas bolhas .
A sobre saturação de CO2 nas águas naturais pode dever-se a processos de
decomposição de matéria orgânica:
2CH2O→CH4+CO2
ou à decomposição do carbonato de cálcio, provocada por aquecimento
geotérmico:
CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)
Ambos os processos proporcionam a dissolução de CO2 a pressões elevadas.
As águas com gás podem ser classificadas da seguinte maneira:
O CO2 presente na água e dissolvido nesta e reage com a água, de acordo com:
CO2(aq)+H2O(l)↔H2CO3(aq)
O ácido carbónico, H2CO3 , cede um dos seus protões a moléculas de água,
aumentando a acidez:
H2CO3(aq)+ H2O(l) ↔ HCO3¯(aq)+H3O+(aq)
A dissolução do CO2 contribui assim para aumentar a concentração de H3O+ em
solução, e assim esta torna-se superior à concentração de OH¯, o que
corresponde a uma solução ácida.
A água pode também ser alcalinizada artificialmente por adição de bases pois
libertam iões OH¯ fazendo aumentar a concentração de OH¯ nas soluções.
O pH varia com a temperatura?
O pH depende da temperatura. Por isso, quando medimos o pH, devemos
registar, pois só podemos comparar valores de pH medidos à mesma
temperatura.
Alguns medidores de pH fazem uma compensação automática de temperatura.
De acordo com o princípio de Le Châtelier, quando se alteram as condições da
reacção que se encontra em equilíbrio, esta irá evoluir no sentido de contrariar
essas alterações.
Assim quando se eleva a temperatura da água , o equilíbrio 2H2O(l)↔H3O+(aq)
+HO¯(aq), evoluirá de forma a diminuir a temperatura (absorvendo a energia do
meio exterior).
Como a constante de ionização da água (Kw)= [H3O+ ] [HO¯ ], e aumentou,
então pode concluir-se que as concentrações [H3O+ ] e [HO¯ ] também
aumentaram. Isto significa que a reacção é endométrica e o pH da água diminui
com a temperatura.
Se :
[H3O+ ] > [HO¯ ], a solução é ácida
[H3O+ ] < [HO¯ ], a solução é neutra
[H3O+ ] = [HO¯ ], a solução é neutra
Material e ReagentesMaterial e Reagentes
Material de laboratório:
Material Quantidade Placa de aquecimento 1 Varetas de vidro 1 Termómetro 1 Frigorifico 1 Gelo seco Variável Espátula 1 Balões volumétricos de 250ml 5 Pipeta 1 Gobelé 600ml 1 Proveta 1 Rolha 1
Reagentes e outros materiais:
- Indicadores em solução: Vermelho de metilo, Vermelho de fenol e fenolftaleina
- Água da rede
- Água natural gasocarbónica (Água das Pedras) – 1 garrafa
- NaHO liquido.
Segurança:
O NaHO, tem como símbolo de perigo C, o eu quer dizer que é corrosivo (em
concentrações mais elevadas é inflamável). Tem como frases de risco R34 e
como frases de segurança S 26-37/39-45, pelo que pode provocar queimaduras,
por isso devemos usar luvas, e equipamento protector para os olhos/face
adequados, e em contacto com os olhos, lavar imediatamente e abundantemente
com água e consultar um especialista.
Alem disso cada aluno deve tomar os procedimentos adequados à salvaguarda
da saúde e segurança de si próprio e dos seus colegas, e que basicamente são:
1. Não entrar no laboratório sem autorização de um docente.
2.Efectuar o trabalho experimental como foi indicado. Não fazer nada que não
seja parte de um procedimento experimental previamente aprovado pelo
docente responsável.
3. Preparar-se convenientemente para executar a experiência. Ler e
compreender o protocolo experimental antes de o executar. Seguir as
instruções do docente responsável. Antes de iniciar uma experiência certificar-
se de que se está a par de todos os potenciais perigos dos reagentes, produtos
e técnicas usadas. Certificar-se de que se percebeu o que se vai fazer.
4.Nunca trabalhar sem a supervisão de um docente.
5. Usar o equipamento de segurança apropriado. O uso de bata é obrigatório.
Se necessário e de acordo com as instruções do docente responsável, deve ser
usado outro equipamento de segurança (neste caso luvas).
6. Saber a localização do equipamento de segurança (chuveiros de segurança,
extintores, caixas de areia, mantas anti-fogo, etc.).
7. Saber o que fazer em caso de emergência. O toque de alarme é considerado
o aviso de uma situação de emergência.
8. Actuar sempre de um modo responsável no laboratório.
9. O corpo deve estar o mais protegido possível devendo evitar-se roupas
largas, sandálias ou tecidos altamente inflamáveis. Nunca deixar que
substâncias químicas contactem com a pele.
10. Nunca provar qualquer composto químico. O olfacto só deve ser usado se
for indicado pelo docente.
11. Desligar as fontes de calor (por exemplo: chamas, placas eléctricas,
mantas de aquecimento) quando terminado o seu uso e nunca as abandonar
quando em uso.
12. Ler os rótulos com cuidado. A leitura do rótulo deve ser feita 3 vezes:
antes, durante e quando acaba a experiência. Da mistura de substâncias
químicas podem resultar enganos com consequências imprevisíveis.
13. É proibido fumar, comer ou beber no laboratório.
14. Comunicar todos os incidentes ao docente responsável, mesmo os mais
pequenos e aparentemente inofensivos.
15. Tratar os produtos químicos convenientemente. Nada vai para o esgoto
(excepto se, e quando, o docente responsável fornecer indicação em
contrário).
16. Nunca colocar os reagentes não utilizados (sobras) no recipiente original,
excepto se o docente responsável fornecer indicação em contrário. Retirar
apenas o necessário para um recipiente devidamente rotulado e não
contaminar o restante. Em caso de dúvida consultar o docente responsável.
17. Limpar todos os desperdícios imediatamente. As garrafas e frascos de
reagentes devem sempre ser limpos, caso o seu conteúdo tenha escorrido
pelas paredes. Isto inclui a água.
18. Manter o local de trabalho limpo e arrumado.
19. Nunca levar nada de um laboratório sem o conhecimento e o acordo do
docente responsável.
20. Andar e não correr, por mais pressa que se tenha. Correr nos corredores
ou nos laboratórios representa um risco para o próprio e para as outras
pessoas que podem transportar consigo materiais perigosos.
21. Ter sempre cuidado ao abrir e fechar portas, ao entrar ou sair dos
laboratórios.
22. No final de um trabalho experimental:
• Arrumar os reagentes: os reagentes e solventes devem ser arrumados nas
prateleiras e armários correspondentes logo após o seu uso, com os rótulos
virados para a frente;
• Todos os reagentes e produtos sintetizados deverão estar rotulados
• Desligar o equipamento usado .
• Limpar a bancada, arrumar o material lavado e lavar as mãos (é preferível
efectuar as limpezas e arrumações após cada etapa de um trabalho. O
material que conteve reagentes perigosos deve ser enxaguado antes de ser
posto de parte para a limpeza final).
23. Quaisquer problemas médicos, alergias conhecidas ou medicação que
possam pôr em risco a integridade física do aluno ou dos seus colegas devem
ser comunicados ao docente responsável, que actuará em conformidade.
ProcedimentoProcedimento
Iª Parte
1. Encher 3 balões volumétricos com água da torneira.
2. Adicionar 5 gotas de um indicador diferente em cada balão e numerá-los e
identificá- los.
Indicadores:
1- Vermelho de Metilo
2- Fenolftaleina
3- Tornesol
3- Mexer com varetas.
4- Registar as cores observadas.
5- Adicionar aos mesmos balões volumétricos anteriores, NaHO 0,1 mol dm¯³ ,
com a ajuda de uma pipeta 2ml medidos primeiro numa proveta aos mesmos
balões volumétricos anteriores.
Indicadores:
1- Vermelho de Metilo
2- Fenolftaleina
3- Tornesol
6- Mexer com as varetas e registar a alteração de cor.
7- Colocar ainda nos mesmos balões um pedaço de gelo seco e voltar a mexer.
Indicadores:
1- Vermelho de Metilo
2- Fenolftaleina
3- Tornesol
8- Registar as alterações de cor observadas.
9- Encher um novo balão volumétrico com água da torneira, e adicionar 5
gotas de indicador Vermelho de Fenol. Repetir para este balão as actividades
do ponto 3 ao ponto 7.
Indicadores:
1- Vermelho de Metilo
2- Fenolftaleina
4- Vermelho de Fenol
10- Registar as alterações de cor.
IIª Parte
(Estudo do Equilíbrio CO2(aq)+H2O(l)↔H3O+(aq)+HCO3¯(aq))
Utilizando uma garrafa de água mineral gaseificada (Água das Pedras), que
previamente tinha sido colocada no frigorifico:
1- Avaliar a temperatura e registar.
2- Encher um balão volumétrico até 100ml.
3- Deitar 3 gotas de indicador vermelho de metilo.
4- Agitar e registar a cor.
5- Tapar com uma rolha.
6- Agitar, abrir e libertar o CO2 . Repetir até se libertar todo o gás.
7- Registar a cor.
8- Encher o gobelé até aos 200ml de água da torneira. Colocar o balão
volumétrico com a preparação anterior dentro do gobelé.
9- Aquecer (em banho maria) a preparação feita no ponto anterior numa fonte
de aquecimento durante 6 minutos.
10- Registar a alteração de cor observada.
Observações Efectuadas, Registo dos dadosObservações Efectuadas, Registo dos dados
e Resultadose Resultados
Informação:
Indicador Zona de viragem Mudança de cor do indicador
Vermelho de metilo
Fenolftaleina
Tornesol
Vermelho de fenol
4,2-6,3
8,3-10
5,0-8,0
6,4-8,2
Vermelho-Amarelo
Incolor-Carmim
Vermelho-Azul
Amarelo-Vermelho
Iª Parte
REGISTO DAS CORES OBSERVADASBalão
volumétrico com água da torneira
Indicador
Cor observada
e característ
ica da solução
NaHO
mol dm¯
³
Cor observada
e característ
ica da solução
Gelo seco
(CO2(s))
Cor observada
e característ
ica da solução
1 Vermelho de metilo
pH>4,2
2mL
pH>6,3
Pedaços
pH<6,3
2 Fenolftaleina
pH<8,3
2mL
pH>8,3
Pedaços
pH<10
3 Tornesol
pH=5,0-8,0
2mL
pH>8
Pedaços
pH<8
4 Vermelho de fenol
pH=6,4-8,2
2mL
pH>6,4
Pedaços
pH=6,4-8,2
IIª Parte
Da observação da imagem do rótulo da água utilizada pode-se observar que é
uma água natural gasocarbónica, logo é uma água gasosa com um teor de CO2
superior a 250mgL¯¹, e com um pH =6,1.
1- Temperatura da água – 10ºC
REGISTO DA COR OBSERVADA E CARACTERISTICA DA SOLUÇÃO
Indicador
Vermelho de
metilo (ponto
4).
Após
libertação de
CO2 (ponto
7).
Após
aquecimento
em banho
maria (ponto
10)
Balão
Volumétrico
com 100ml de
“Água das
Pedras”
pH>4,2 pH>4,2 pH<6,3
Esquema de MontagemEsquema de Montagem
ConclusõesConclusões
Através da realização desta experiência podemos concluir que factores como a
temperatura, a adição de dióxido de carbono, ou de hidróxido de sódio podem
alterar o valor do pH da água. A temperatura altera o valor do pH mas não o seu
carácter ácido ou alcalino.
Crítica e Discussão dos ResultadosCrítica e Discussão dos Resultados
(Erros e sua importância relativa, identificação das partes do procedimento que
conduziram a erros e aquelas que ajudaram a minimizá-los)
I Parte
- No balão volumétrico nº 1:
Este balão continha água da torneira e ao ser adicionado o indicador ácido base
“vermelho de metilo”( o qual apresenta uma cor vermelha para os ácidos e
amarela para as bases, e com uma zona de viragem do pH entre 4,2 a 6,3),
observou-se uma cor amarela. Esta cor permitiu identificar a solução com um
pH> 4,2.
Ao ser adicionado NaHO observou-se uma mudança de cor para um amarelo mais
claro. O que significa que o valor do pH se alterou para mais alcalino, devido à
libertação de iões HO¯ na solução, fazendo aumentar a sua concentração, e com
um pH> 6,3.
Ao ser adicionado gelo seco (CO2 (s)) à solução verifica-se a mudança de cor
para um amarelo mais escuro. Esta alteração foi devida a uma nova alteração do
valor do pH, devido ao aumento de concentração de H3O+, na solução, logo uma
solução com um pH <6,3.
- No balão volumétrico nº 2:
Este balão continha água da torneira e ao ser adicionado o indicador ácido base
“fenolftaleina”( o qual apresenta uma cor incolor para os ácidos e algumas bases
mais fracas e carmim para as bases com pH superior a 8,3. Este indicador
apresenta uma zona de viragem do pH entre 8,3 a10), observou-se uma cor
incolor. Esta cor não nos permitiu identificar a solução como ácida ou alcalina
devido à zona de viragem deste indicador só se iniciar a partir de um valor de pH
de 8,3.Se a solução tiver um pH de 8 já é alcalina mas no entanto com este
indicador a cor mantém-se incolor porque só vira a partir de 8,3. Por isso o valor
do pH situa-se num valor inferior a 8,3.
Ao ser adicionado NaHO observou-se uma mudança de cor para um carmim. O
que significa que o valor do pH se alterou para mais alcalino, devido à libertação
de iões HO¯ na solução, fazendo aumentar a sua concentração. Agora já
podemos identificar esta solução como alcalina, pois com esta cor tem de ter um
pH>8,3.
Ao ser adicionado gelo seco (CO2(s)) à solução verifica-se a mudança de cor para
um cor de rosa . Esta alteração foi devida a uma nova alteração do valor do pH,
devido ao aumento de concentração de H3O+, na solução, e logo menos alcalina
do que quando se adicionou NaHO. E provavelmente com um pH<10.
- No balão volumétrico nº 3:
Este balão continha água da torneira e ao ser adicionado o indicador ácido base
“Tornesol”( o qual apresenta uma cor vermelha para os ácidos e azul para as
bases, e com uma zona de viragem do pH entre 5,0 e o 8,0), observou-se uma
cor lilás. Esta cor permitiu identificar a solução com um valor de pH entre 5,0 e
8,0.
Ao ser adicionado NaHO observou-se uma mudança de cor para azul. O que
significa que o valor do pH se alterou para mais alcalino, devido à libertação de
iões HO¯ na solução, fazendo aumentar a sua concentração, e com um pH >8.
Ao ser adicionado gelo seco (CO2 (s)) à solução verifica-se a mudança de cor
para lilás. Esta alteração foi devida a uma nova alteração do valor do pH(<8)
devido ao aumento de concentração de H3O+, na solução, e logo menos alcalina
do que quando foi adicionado NaHO.
- No balão volumétrico nº 4:
Este balão continha água da torneira e ao ser adicionado o indicador ácido base
“Vermelho de fenol ”( o qual apresenta uma cor amarela para os ácidos e
vermelha para as bases, e com uma zona de viragem do pH entre 6,4 e o 8,2),
observou-se uma cor rosada. Esta cor permitiu identificar a solução com um pH
entre 6,4 e o 8,2.
Ao ser adicionado NaHO observou-se uma mudança de cor para laranja forte. O
que significa que o valor do pH se alterou para mais alcalino, devido à libertação
de iões HO¯ na solução, fazendo aumentar a sua concentração. E provavelmente
com um valor de pH>6,4.
Ao ser adicionado gelo seco (CO2 (s)) à solução verifica-se a mudança de cor
novamente para rosado. Esta alteração foi devida a uma nova alteração do valor
do pH, devido ao aumento de concentração de H3O+, na solução, e logo menos
alcalina do que quando se adicionou NaHO. E provavelmente com um pH= 6,4-
8,2.
II Parte
Da observação da imagem do rótulo da água utilizada pode-se observar que é
uma água natural gasocarbónica, logo é uma água gasosa com um teor de CO2
superior a 250mgL¯¹, e com um pH =6,1.
Quando se colocou a “Água das Pedras” no balão volumétrico e ao ser adicionado
o indicador ácido base “Vermelho de metilo ”( o qual apresenta uma cor
vermelho para os ácidos e amarela para as bases, e com uma zona de viragem
do pH entre 4,2 e o 6,3), observou-se uma cor amarela. Esta cor permitiu
identificar a solução com um pH superior a 4,2. O que corresponde ao valor do
pH encontrado no rótulo de 6,1.
Após a libertação do dióxido de carbono a cor manteve-se amarela o que
significa um pH >4,2 . Sabemos que numa água gaseificada ou não ocorrem os
seguintes equilíbrios:
CO2(g)↔CO2(aq) ; CO2(aq)+H2O(l)↔H3O+(aq)+HCO3¯(aq)
Quando se abre a garrafa, o dióxido de carbono começa a libertar-se em
pequenas bolhas.
A libertação do CO2 contribui assim para diminuir a concentração de H3O+ em
solução, e assim esta torna-se inferior à concentração de OH¯, o que corresponde
a uma solução mais alcalina.
A solução ao ser aquecida verifica-se a mudança de cor para laranja claro. Esta
alteração foi devida a uma nova alteração do valor do pH. De acordo com o
princípio de Le Châtelier, quando se alteram as condições da reacção que se
encontra em equilíbrio, esta irá evoluir no sentido de contrariar essas alterações.
Assim quando se eleva a temperatura da água , o equilíbrio 2H2O(l)↔H3O+(aq)
+HO¯(aq), evoluirá de forma a diminuir a temperatura (absorvendo a energia do
meio exterior). Como a constante de ionização da água (Kw)= [H3O+ ] [HO¯ ], e
aumentou, então pode concluir-se que as concentrações [H3O+ ] e [HO¯ ]
também aumentaram. Isto significa que a reacção é endométrica e o pH da água
diminui com a temperatura. A solução terá agora um pH <6,3.
Respostas às questões problema / _Respostas às questões problema / _
Questão – problema:
1- “Como interfere o dióxido de carbono no pH de uma água?”
2-“Será que o valor da temperatura também tem influência no valor de pH?”
Através da realização desta experiência podemos responder ás questões em
cima elaboradas:
1- “Como interfere o dióxido de carbono no pH de uma água?”
R: Muitas águas minerais contêm dióxido de carbono, ou então pode ser
adicionado (pode ser em forma de gelo seco).
Numa água gaseificada ou não ocorrem os seguintes equilíbrios:
CO2(g)↔CO2(aq) ; CO2(aq)+H2O(l)↔H3O+(aq)+HCO3¯(aq)
Quando se abre a garrafa, o dióxido de carbono começa a libertar-se em
pequenas bolhas .
A sobre saturação de CO2 nas águas naturais pode dever-se a processos de
decomposição de matéria orgânica:
2CH2O→CH4+CO2
ou à decomposição do carbonato de cálcio, provocada por aquecimento
geotérmico:
CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)
Ambos os processos proporcionam a dissolução de CO2 a pressões elevadas.
O CO2 presente na água e dissolvido nesta e reage com a água, de acordo com:
CO2(aq)+H2O(l)↔H2CO3(aq)
O ácido carbónico, H2CO3 , cede um dos seus protões a moléculas de água,
aumentando a acidez:
H2CO3(aq)+ H2O(l) ↔ HCO3¯(aq)+H3O+(aq)
A dissolução do CO2 contribui assim para aumentar a concentração de H3O+ em
solução, e assim esta torna-se superior à concentração de OH¯, o que
corresponde a uma solução ácida.
2-“Será que o valor da temperatura também tem influência no valor de
pH?”
R: O pH depende da temperatura. Por isso, quando medimos o pH, devemos
registar, pois só podemos comparar valores de pH medidos à mesma
temperatura.
De acordo com o princípio de Le Châtelier, quando se alteram as condições da
reacção que se encontra em equilíbrio, esta irá evoluir no sentido de contrariar
essas alterações.
Assim quando se eleva a temperatura da água , o equilíbrio 2H2O(l)↔H3O+(aq)
+HO¯(aq), evoluirá de forma a diminuir a temperatura (absorvendo a energia do
meio exterior).
Como a constante de ionização da água (Kw)= [H3O+ ] [HO¯ ], e aumentou,
então pode concluir-se que as concentrações [H3O+ ] e [HO¯ ] também
aumentaram. Isto significa que a reacção é endométrica e o pH da água diminui
com a temperatura.
Se :
[H3O+ ] > [HO¯ ], a solução é ácida
[H3O+ ] < [HO¯ ], a solução é neutra
[H3O+ ] = [HO¯ ], a solução é neutra