Como a acidez pode influenciar nas propriedades químicas da água

A água tem características especiais que permitem a vida no planeta, entre elas, sua grande capacidade de dissolver substâncias, além de conter nutrientes orgânicos e inorgânicos, é encontrada em maior quantidade na forma líquida, aspectos essenciais aos seres vivos.
Se comparada com o ar, ela possui valores maiores de densidade, resistência à passagem da luz e calor específico.

A fórmula da água, H2O, indica que é composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Esses átomos compartilham de forma desigual os elétrons, criando uma polaridade (cargas positivas e negativa).

Em outras palavras, a molécula da água é polar e por isso as moléculas ligam-se através de pontes de hidrogênio, que são bem fortes.

A água na natureza pode ser encontrada no estado sólido nas geleiras de regiões muito frias, no estado de vapor formando a atmosfera e as nuvens, ou como líquido nos rios, mares e outros corpos aquáticos.

A forma mais abundante na natureza, nas condições normais de temperatura e pressão, é a líquida graças à sua estrutura química, além do fato de ter um alto ponto de ebulição (só ferve aos 100°).

Essas características da molécula da água influenciam várias propriedades químicas e físicas da água, como a tensão superficial, o calor específico, a solubilidade, entre outras, explicadas a seguir.

A água é um excelente solvente porque é capaz de dissolver enorme quantidade de substâncias. As substâncias que se dissolvem são chamadas solutos e ao ser misturada com o solvente forma uma solução. Essa propriedade é muito importante para os seres vivos porque absorvem nutrientes (como o cálcio, o magnésio, etc) dissolvidos na água que bebem.

Exemplo: quando o sal é adicionado na água e misturado forma uma solução.

Tensão Superficial

A tensão superficial é uma propriedade física que resulta da força de atração entre as moléculas internas e da superfície.

Nas moléculas internas, como as forças são em todas as direções elas se anulam, já na superfície as forças de coesão puxam para os lados e para baixo, desse modo, fazem com que a superfície fique como uma película elástica.

Exemplo: um inseto consegue caminhar sobre a água por causa da tensão superficial. Muitos organismos marinhos vivem nessa região da película como os protozoários, as bactérias, os copépodos, entre outros.

Densidade

A densidade é uma medida da concentração da massa em certo volume, ou seja, determina o quanto a substância é compacta.

A densidade da água varia e diminui em temperaturas menores. Isso explica porque o gelo flutua na superfície da água.

Exemplo: a superfície dos lagos congela devido a essa diferença de densidade em relação ao interior do lago.

Calor Específico

O calor específico ou capacidade térmica da água é a quantidade de calor que é preciso para elevar em 1°C a temperatura de 1g de uma substância.

A água tem um elevado calor específico, o que significa dizer, que ele consegue aumentar ou diminuir bastante sua temperatura sem mudar de estado físico, mas por outro lado isso demora mais a acontecer, se comparado com outras substâncias.

Exemplo: como a água ocupa cerca de 70% da superfície terrestre, essa propriedade ajuda a controlar o aquecimento do planeta. Os oceanos guardam o calor no tempo quente que é liberado no tempo frio.

Calor Latente

Representa a quantidade de calor necessária para que a substância mude de estado físico. O calor latente de vaporização e de fusão da água são muito elevados de modo que evita que ela congele ou evapore muito rapidamente.

Exemplo: o elevado calor latente de fusão da água não permite que ela congele rapidamente, evitando assim que os organismos de ambientes frios congelem.

Saiba mais:

Consumo Humano: Água Potável

As propriedades da água destinada ao consumo humano devem seguir os padrões de qualidade para ser uma água potável, esses parâmetros são chamados de potabilidade.

Desse modo, são definidas as quantidades limites de certas substâncias que são prejudiciais à saúde, tais como mercúrio, chumbo, cádmio, bem como agrotóxicos, desinfetantes dentre outros.

Também está determinado o limite de microrganismos, os coliformes fecais, e as características organolépticas, como a turbidez (o quanto a água está turva), a intensidade de odor e gosto.

O Ministério da Saúde publicou a portaria Nº 2914, de dezembro de 2011, que "Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade."

Essa portaria define a água potável como aquela "destinada à ingestão, preparação e produção de alimentos e à higiene pessoal, independentemente da sua origem". Esses padrões se aplicam apenas à água proveniente do abastecimento de água e não às águas minerais.

Veja também:

• Exercícios sobre a água
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Podemos dizer que a pureza ou a qualidade da água está relacionada com a ausência de contaminantes como o flúor, metais pesados, compostos orgânicos e patógenos (sendo estes os principais causadores de doenças).

O que determina se estes contaminantes estão em excesso ou não na água é a Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde. Por exemplo, a portaria apresenta limites para os parâmetros como turbidez, dureza da água, flúor, cor, cloro, presença de patógenos e o pH.

O que é o pH?

O pH refere-se ao Potencial Hidrogeniônico e representa um índice que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade da solução aquosa.

Este conceito foi introduzido em 1909 pelo químico dinamarquês Søren Peter Lauritz Sørensen.

Quando Søren foi convidado para dirigir o Laboratório Carlsberg (laboratório associado à cervejaria Carlsberg) em Copenhaguen em 1900, ele realizou diversos experimentos bioquímicos relacionados aos aminoácidos, proteínas e enzimas.

Estes experimentos tinham como objetivo facilitar o controle de qualidade das cervejas e foi então que no meio dessas experiências, ele descobriu o pH. Sendo que a  letra “p”, da sigla pH, vem do alemão potenz, que significa poder de concentração e o “h” vem do íon de hidrogênio (H+).

Quanto pode variar o pH?

A escala de pH é uma maneira de indicar a concentração de íons de hidrogênio (H+) numa solução. Esta escala varia entre o valor mínimo 0 (acidez máxima) e o máximo 14 (acidez mínima ou basicidade máxima).

• Para pH = 7, o meio será neutro (indica concentração de H+ igual à concentração de OH–);
• Para pH > 7, o meio será básico (indica concentração de H+ menor que a concentração de OH–);
• Para pH < 7, o meio será ácido (indica concentração de H+ maior que a concentração de OH–).

O pH de uma substância pode variar de acordo com sua composição, concentração de sais, metais, ácidos, bases e substâncias orgânicas e da temperatura.

Influência do pH na Água

Segundo Oliveira e colaboradores (2014), o pH pode influir em diversos equilíbrios químicos que ocorrem naturalmente ou em processos unitários de tratamento de águas, vindo a se tornar um parâmetro importante em muitos estudos no campo do saneamento ambiental.

Sua influência ainda pode ser direta e indireta. Nos ecossistemas aquáticos naturais, essa influência é direta devido a seus efeitos sobre a fisiologia de diversas espécies.

Indiretamente, o pH influencia na precipitação de elementos químicos tóxicos, como metais pesados, ou em outras condições que possam  exercer efeitos sobre a solubilidade de nutrientes.

As restrições de faixas de pH são estabelecidas para as diversas classes de águas naturais, tanto de acordo com a legislação federal (Resolução n° 357 do CONAMA, de março de 2005), como pela legislação do Estado de São Paulo (Decreto n° 8468), que permitem moderados afastamentos do valor de pH = 7,0, tomado como referencia.

Segundo a CETESB (2016), “O valor de pH é ainda considerado importante, pois ele é um dos nove parâmetros escolhidos para o cálculo do Índice de Qualidade da Água (IQA) utilizados pela CETESB, onde os critérios de proteção à vida aquática fixam o pH entre 6 e 9.”

Outras influências do pH

Mas não é só para os organismos aquáticos que o pH é importante, ele é importante também para a nossa saúde. Especialistas determinam que para consumo humano é recomendado a faixa de pH entre 6 a 9 (conforme citado anteriormente).

Essa faixa é ideal para que as toxinas e acidez sejam eliminadas do nosso organismo, pois quando não conseguimos equilibrar o pH com o do nosso organismo (pH do sangue 7,35 a 7,45), nosso corpo fica propenso a infecções, parasitas e doenças degenerativas.

Por isso, manter o pH alcalino é extremamente importante para a manutenção da saúde, além de preparar o corpo e torna-lo mais imune e sadio.

Já nos ecossistemas formados nos tratamentos biológicos de esgotos, o pH é também uma condição decisivamente importante para o processo.

Vale salientar que  a condição de pH que corresponde à formação de um ecossistema mais diversificado e a um tratamento mais estável é a de neutralidade, tanto para os meios aeróbios como para os anaeróbios.

Nos reatores anaeróbios, por exemplo, a acidificação do meio é caracterizada pelo decréscimo do pH, indicando situação de desequilíbrio.

Essa acidificação ocorre pela produção de ácidos orgânicos voláteis, produzidos pelas bactérias acidificadoras e pela não utilização destes últimos pelas bactérias produtoras de metano.

E para os reatores aeróbios, a nitrificação do esgoto (ou oxidação da amônia a nitrato), que é um efeito desejável, leva a um consumo de alcalinidade do meio e a queda de pH, exigindo, em certas circunstâncias, a alcalinização artificial.

O tratamento físico-químico de efluentes industriais de esgoto envolvem uma série de processos que dependem do pH, sendo eles:

• A precipitação química de alguns metais pesados ocorre em pH elevado;
• A oxidação química de cianeto ocorre em pH elevado;
• A redução do cromo hexavalente à forma trivalente ocorre em pH baixo;
• A oxidação química de fenóis em pH baixo;
• A quebra de emulsões oleosas mediante acidificação; e
• O arraste de amônia convertida à forma gasosa se dá mediante elevação de pH.

Na legislação do Estado de São Paulo, por exemplo, determina-se uma faixa de pH entre 5 e 9 para o lançamento direto nos corpos receptores (artigo 18 do Decreto 8468), os mesmos limites impostos pela RESOLUÇÃO 357 do CONAMA, e entre 6 e 10 para o lançamento na rede pública seguida de estação de tratamento de esgotos (Decreto 8468, artigo 19-A).

Mananciais de Abastecimento de Água

A água que chega até nossas torneiras e abastece nossas cidades vem de reservatórios de água doce, superficiais ou subterrâneas, sendo chamadas de mananciais.

No entanto, a maioria desses mananciais, em função do descarte de esgoto e efluentes industriais, poluentes, falta de planejamento e desmatamento, acabam tornando-se impróprias para consumo.

Por isso, antes de chegar as nossas casas, a água proveniente dos mananciais percorre uma longa distância e passa por uma série de tratamentos para ser apta para o consumo.

Esses tratamentos e adequações às legislações vigentes são realizados dentro das estações de tratamento de água (ETA), as quais envolvem o controle e correção do pH.

Mas afinal por que o controle do pH é tão importante nas ETAs?

Importância do controle do pH nas ETAs

Nas estações de tratamento de água (ETA), são várias as unidades e processos cujo controle envolve determinações de pH, sendo elas: Coagulação, Floculação e Cloração.

Na coagulação e floculação, quando o pH encontra-se dentro da faixa desejada (6 a 9), as partículas coloidais apresentam menor quantidade de carga eletrostática superficial, ou seja, essas partículas precipitam e consequentemente são removidas com maior facilidade.

Outro processo que depende do pH é a desinfecção com o cloro. Isso ocorre pois em meio ácido, a dissociação do ácido hipocloroso formando íons hipoclorito é menor, sendo o processo mais eficiente.

Podemos ainda dizer que a própria distribuição da água tratada (tubulação) é afetada pelo pH. Pois águas ácidas são mais corrosivas, ao passo que as águas alcalinas são incrustantes.

Por isso, o pH da água tratada (estabelecido pela portaria) deve ser controlado para que os carbonatos presentes sejam equilibrados e não ocorra nenhum dos dois efeitos indesejados mencionados acima.

Como medir e monitorar o pH?

Podemos medir o pH da água por meio de fitas (que mudam de cor e indicam o valor do pH) e pelo pHmetro.

O pHmetro ou medidor de pH constitui-se por um eletrodo e um circuito potenciométrico. O aparelho é então ajustado (calibrado) seguindo os valores de referência para cada solução de calibração (pH 7,000 e 4,005). Uma vez o aparelho calibrado, o mesmo encontra-se apto para uso.

Como corrigir o pH?

Após a medição e determinação do pH por meio do aparelho, o químico ou técnico responsável irá determinar se há necessidade ou não de se corrigir ou alterar o pH da água a fim de atender as determinas exigências.

Em alguns caso, há a necessidade de elevar ou diminuir o pH.

Para a elevação de pH,  por exemplo, os compostos mais utilizados são: soda cáustica (hidróxido de sódio), cal hidratada (hidróxido de cálcio) e a barrilha (carbonato e bicarbonato de sódio).

A soda cáustica possui como principal vantagem a sua elevada solubilidade, possibilitando uma operação mais simples do sistema de dosagens.

A cal, por sua vez é mais barata mas sua baixa solubilidade e a presença de impurezas como a areia, que provoca corrosão em sistemas de recalque, prejudicam o seu uso.

No entanto, existe uma cal especial para uso no tratamento de águas que apresenta pureza elevada. A cal apresenta como vantagem, em relação à soda, o íon cálcio, que é bivalente, ou seja, pode ser importante quando se deseja a ocorrência de floculação, além da alteração do pH.

Já a barrilha é mais cara, mas apresenta como vantagem de produzir “efeito tampão”, o que possibilita sua utilização em reatores anaeróbios.

Como reduzir o valor do pH na água?

Agora, quando se deseja diminuir o pH, costuma-se utilizar ácidos minerais, como o ácido clorídrico e o ácido sulfúrico. Usualmente, o ácido clorídrico comercial (muriático) é mais utilizado por ser mais barato.

O uso de ácido sulfúrico é evitado, pois quando se trata de um efluente industrial lançado na rede pública de esgotos, a presença de sulfato é mais preocupante. O sulfato pode ser reduzido a sulfeto em meio anaeróbio, trazendo problemas de odor, toxicidade e corrosividade.

No entanto, o uso do ácido clorídrico não é recomendável quando se antevê problemas com o residual excessivo de cloreto nas águas. Por isso, vem crescendo a utilização do gás carbônico.

O gás carbônico, apresenta como vantagem seu baixo custo, podendo inclusive ser produzido na própria unidade industrial, além de eliminar o manuseio de ácidos minerais que são corrosivos.

Podemos concluir com a postagem que a avaliação e determinação do pH são de extrema importância, tanto em estações de tratamento de água, voltados para o abastecimento humano e efluentes industrias ou esgotos.

No caso dos efluentes industriais ou esgotos, o pH deve ser corrigido para o descarte do efluente em corpos receptores e para o tratamento de água, deve-se corrigir o pH para o consumo humano atendendo, é claro, as legislações vigentes.

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