A alcalinidade da água é representada pela presença dos íons hidróxido, carbonato e bicarbonato.
A importância do conhecimento das concentrações deste íon permite a definição de dosagens de agentes floculantes, fornece informações sobre as características corrosivas ou incrustantes da água analisada.
Todos os íon causadores da alcalinidade tem características básica, sendo assim reagente quimicamente com soluções ácidas, ocorrendo a reação de neutralização.
Para determinação final da reação de neutralização iremos utilizar um indicador, na análise de alcalinidade utilizaremos dois indicadores, com pontos de viragem em função das diversas formas de alcalinidade.
PH > 9,4 ? hidróxidos e carbonatos
8,3 < pH < 9,4 ? carbonatos e bicarbonatos
4,4 < pH < 8,4 ? apenas bicarbonatos
Não é possível a coexistência das três formas de alcalinidade numa mesma amostra, em função da reação química do íon bicarbonato com o íon hidróxido, o íon bicarbonato age como se fosse um acido fraco na presença de uma base forte:
HCO3- + OH- ? H2O + CO32-
Para quantificação dos íons OH- e CO32-, o indicador mais utilizado é a fenolftaleína, sua faixa pH de atuação é de 8,3 a 9,8, em pH menor que 8,3 não apresenta coloração (incolor) enquanto acima de 8,3 assume a cor rosa.
Na quantificação dos íons HCO3-, podem ser utilizados os seguintes indicadores:
– Metilorange, cuja faixa de pH de atuação varia de 3,1 a 4,6, acima de 3,1 apresenta coloração vermelha e abaixo de 3,1 assume a cor laranja.
– Vermelho de metila: faixa de pH de atuação varia de 4,4 a 6,2, acima de 4,4 apresenta coloração amarela e abaixo de 4,4 assume a cor vermelha.
– Indicador misto: constituído de vermelho de metila e de verde de bromocresol, solubilizados em álcool etílico ou isopropílico, que passa da cor azul para a cor salmão.
A presença de cloro residual influencia na coloração dos indicadores, torna-se necessário a utilização de uma solução de uma solução de tiossulfato de sódio, para inativação do residual de cloro.
Os indicadores quando adicionamos à amostra apresentam colorações que indicam a presença ou não de um ou mais tipos de alcalinidade.
Ao adicionarmos fenolftaleína à amostra, surgindo uma coloração rosa, significa a possibilidade da presença de hidróxido, ou de carbonato, ou hidróxido/carbonato simultaneamente na amostra de água. A alcalinidade à fenolftaleína será quantificada utilizando um ácido de concentração conhecida, que adicionado quantativamente à amostra neutralizara a alcalinidade presente, mudando a cor de rosa para incolor.
Se após a adição de fenolftaleína a amostra se mantiver incolor, afirmamos que a alcalinidade à fenolftaleína é igual a zero.
Após o teste de alcalinidade a fenolftaleína, iremos testar a presença de alcalinidade ao metilorange (ou vermelho de metila). Quando se utiliza o metilorange, caso a amostra tome a coloração laranja ou avermelhada a alcalinidade ao metilorange é zero. Se a amostra apresenta coloração amarela, iremos avaliar a alcalinidade ao metilorange com o mesmo ácido utilizado na quantificação da alcalinidade à fenolftaleína.
Ao se iniciar a adição de solução ácida, irá ocorrer primeiro a reação com o íon mais básico e a seguir com os mais fracos. Sendo a ordem de basicidade: hidróxido, carbonato e bicarbonato teremos:
H2SO4 + 2 OH- ? 2 H2O + SO42-
H2SO4 + 2CO32- ? 2 HCO3- + SO42-
H2SO4 + 2 HCO3- ? 2 H2O + SO42- + 2 CO2
Ressalta-se que a neutralização do carbonato não é completa passando primeiro a bicarbonato, sendo necessário levar em conta este aspecto nos cálculos estequiométricos.
Com ralação ao comportamento do carbonato podemos afirmar que metade da sua concentração será titulada com a fenolftaleína e a outra metade da sua concentração será titulada com o metilorange.
Leia mais artigos: Análise da Água e Tratamento
Caso deseje expressar os resultados segundo os íons básicos causadores da alcalinidade utilize, nos cálculos, a seguinte tabela:
OBS:
F = Volume gasto na titulação da alcalinidade à fenolftaleína
M = Volume gasto na titulação da alcalinidade à metilorange
T = Volume total = F + M
MATERIAL
- 02 Erlenmeyers de 250 mL
- 02 Provetas de 100 mL
- 01 Bureta de 25 mL ou 50 mL
- 01 Suporte de bureta
- 01 Funil
- 01 Bequer de 50 mL
- 01 Tubo de ensaio
REAGENTES
- Ácido sulfúrico 0,02 N
- Solução indicadora de fenolftaleína
- Solução indicadora de metilorange ou vermelho de metila
- Solução de tiossulfato de sódio 0,1 N
- Solução de ortotolidina
METODOLOGIA
- Em um tubo de ensaio coloque uma amostra da água a ser analisada, adicione duas gotas de ortotolidina, caso a água do tubo de ensaio fique amarela, será necessário adicionar na amostra de água do tubo de ensaio fique amarela, será necessário adicionar na amostra de água a ser analisada algumas gotas de tiossulfato de sódio 0,1 N, para eliminar o residual de cloro.
- Usando uma proveta, meça 100 mL da água a ser analisada, coloque num erlenmeyer de 250 mL e junte 3 gotas de fenolftaleína.
- Faça uma prova em branco, colocando em outro erlenmeyer 100 mL de água destilada e 3 gotas de fenolftaleína.
- Caso a primeira amostra se tornar rósea, titule-a com ácido sulfúrico 0,02 N, até o descoramento do indicador. Anote o volume gasto de ácido como “F”.
- Adicione a cada frasco 3 gotas de metilorange, à prova em branco, 1 gota de ácido 0,02 N (está adquira uma cor vermelho-laranja, que servirá como padrão).
- Se a amostra se torna amarela, prossiga a titulação com ácido 0,02 N, até que a cor da mesma se iguale à da prova em branco. Anote o volume gasto de ácido com “M”.
Denomine o volume total de ácido de sulfúrico 0,02 N usado de “T” (volume gasto de ácido 0,02N com a titulação usando a fenolftaleína + volume gasto na titulação de metilorange).
Logo:
F = volume em mL de solução 0,02 N de H2SO4 necessário a titulação da água, usando fenolftaleína como indicador.
M = volume em mL de solução 0,02 N de H2SO4 necessário a titulação da água, usando metilorange como indicador.
T = F + M = volume total de solução 0,02 N de H2SO4 consumido nas titulações.
Leia também o artigo: Parâmetros Analíticos
CÁLCULOS
NB . V(mL) . fc . Eq-gA . 1000
X ppm de Alcalinidade total = —————————————–
( em termos de CaCO3) V(amostra)
0,02 . V(mL) . fc . 50 . 1000
X ppm de Alcalinidade total = ——————————————–
(em termos de CaCO3)
X ppm de Alcalinidade total = T . 10 . fc
(em termos de CaCO3)
EXEMPLO
Volume de ácido gasto com fenolftaleína – F = 3,2 mL
Volume de ácido gasto com o metilorange – M = 4,3 mL
T = 3,2 + 4,3 = 7,5 mL ? F < ½ T ? Carbonato e bicarbonato
Alcalinidade total em mg de CaCO3 / L
Alcalinidade em Carbonatos = (2 x 3,2) x 10 = 6,4 x 10 = 64 mg de CaCO3 / L
Alcalinidade em Bicarbonatos = (7,5 – 6,4) x 10 = 1,1 x 10 = 11 mg de CaCO3 / L
REAÇÕES
ÍON HIDROXILA: OH- + H+ ? H2O
ÍON CARBONATO: CO32- + H+ ? HCO31-
HCO31-+ H+ ? CO2 + H2O
ÍON BICARBONATO: HCO31- + H+ ? CO2 + H2O
PREPARO DAS SOLUÇÕES
1) Preparo da solução estoque de H2SO4 0,1 N
Em balão volumétrico de 1000 mL coloque cerca de 500 mL de água destilada fervida e fria, adicione 3 mL de H2SO4 (36 N d=1,84 pureza = 96-97%). Complete o volume para 1000 mL.
Titule esta solução com carbonato de sódio anidro, para calculo do fator da solução.
Faça a diluição da solução estoque 0,1 N para obter a solução 0,02 N.
V.N = V’ . N’
V. 0,1 = 250 . 0,02
V = 5 / 0,1 ? V = 50 mL
Em balão volumétrico de 250 mL coloque 50 mL da solução estoque 0,1 N, complete o volume com a água destilada fervida homogeneíze e afira com carbonato de sódio anidro.
2) Solução indicadora de metilorange
Dissolva 0,5 g de metilorange em 1 litro de água destilada. Filtre se necessário, guarde em frasco âmbar.
3) Solução de vermelho de metila
Dissolva 0,2 g de vermelho de metila dissolva em álcool a 95%, em balão volumétrico de 100 mL. Filtre se necessário. Conserve a solução em frasco de rolha esmerilhada com gota-gotas.
4) Solução alcoólica do indicador misto
Pese 20 mg de vermelho de metila e 100 mg de verde de bromocresol e dissolva-os em 100 mL de álcool etílico a 95% ou álcool isopropilico.
5) Solução ortotolidina 0,1%
Em béquer de 200 mL, ferva 90 mL de água destilada, durante a ebulição adicione 10 mL de HCI R, em seguida, coloque 0,1 g de ortotolidina R. Mantenha a ebulição por 3 min, sempre homogeneizando mL e se necessário complete o volume para 100 mL.
6) Solução Tiossulfato de sódio (Na2|S2O3 . 5 H2O) 0,1 N (2,482 % p/v)
Dissolva 24,820g de tiossulfato de sódio em água destilada e deionizada e dilua a 1000 mL em balão volumétrico. Preserve a solução adicionando 5 mL de clorofórmio ou 1g de NaOH.
OBS.:
1ª) Devido a faixa de pH que normalmente encontramos nossas águas, quando não poluídas, que é menor que 8,3 teremos a alcalinidade na forma de bicarbonato.
2ª) Relação do pH para acidez e alcalinidade:
A acidez, alcalinidade e pH não são a mesma coisa. Por exemplo, a acidez de soluções 0,1 N de ácidos clorídrico, sulfúrico e acético são iguais, por definição. O pH dessas soluções são aproximadamente, respectivamente, 1,08, 1,20 e 2,89. A acidez ou a alcalinidade de uma solução é expressa, como já dito, em mg / L em função de CaCO3. Os termos alcalinidade e acidez são significativos, portanto, ao indicar a massa dos radicais químicos na solução, tendo essas substancias alguma relação com as propriedades industrial, comercial e potável da água. Nenhuma delas indica as atividades químicas dos eletrólitos.
Por outro lado, pH, de uma solução é uma medida direta da sua atividade química e pode também ter alguma relação com as qualidades sanitárias e industrial.
Determinação de alcalinidade para água mineral
Logo:
F = volume em mL de solução 0,02 N de H2SO4 necessário a titulação da água, usando fenolftaleína como indicador.
M = volume em mL de solução 0,02 N de H2SO4 necessário a titulação da água, usando metilorange como indicador.
T = F + M = volume total de solução 0,02 N de H2SO4 consumido nas titulações .
CÁLCULOS
NB . V(mL) . fc . fc . Eq-gA . 1000
X ppm de alcalinidade total = ————————————————
(em termos de NaHCO3) V(amostra)
0,02 . V(mL) . fc. 84 . 1000
X ppm de alcalinidade total = ————————————————-
(em termos de NaHCO3) 100
X ppm de alcalinidade total = T . 16,8 . fc
(em termos de NaHCO3)
X (mg de alcalinidade total/L)
Em termos de CaCO3)
X ppm de alcalinidade total = ———————————-
(em termos de NaHCO3) 0,5952
Acervo: Enasa Engenharia
