Química – Ciscato, Pereira, Chemello e Proti

. Acesso em: jan. 2016.
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Até mesmo o processo de tratamento da água, abordado a seguir, pode ser uma fonte de contaminantes. Uma de suas etapas pode gerar substâncias conhecidas como trialometanos (THM), cujas moléculas são derivadas do metano (CH₄), em que três átomos de hidrogênio são substituídos por átomos de halogênios (elementos químicos do grupo 17 da tabela periódica). Observe os exemplos a seguir.

Modelo de esferas e bastões de moléculas de trialometanos. Representação sem escala; cores fantasia.

Usualmente, a concentração desses contaminantes não é superior a 1 g por 10⁶ g de água. Mesmo assim, baixos teores já podem gerar sabor desagradável e aroma característico na água. O principal problema dos THM, porém, é que eles são prováveis causadores de câncer, como o de fígado. Os limites máximos para essas substâncias na água potável, estabelecidos pela Organização Mundial de Saúde (OMS), são de 0,3 mg/L para o clorofórmio, 0,1 mg/L para o bromofórmio e o dibromoclorometano e 0,06 mg/L para o bromodiclorometano.

O tratamento da água

As principais etapas do tratamento da água visam remover dela impurezas sólidas, algas e microrganismos patogênicos (como algumas bactérias e protozoários), a fim de disponibilizá-la para consumo pela população. Dependendo da composição da água em determinada região e dos limites desejáveis de certos componentes, poderá haver pequenas alterações de procedimento, mas os principais processos são mostrados na ilustração a seguir.

Ilustrações: Adilson Secco

Fonte: Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (Sabesp). Disponível em: . Acesso em: jan. 2016.

Esquema das etapas de tratamento da água. Representação sem escala; cores fantasia.

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Depois de captada, a água passa pela etapa de pré-cloração para desinfecção. A presença de gás cloro e derivados, como o ácido hipocloroso, auxilia na eliminação dos microrganismos patogênicos. O efeito do cloro como agente bactericida, ou seja, passível de ser utilizado na eliminação de bactérias, foi observado em 1881 pelo bacteriologista alemão Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910), mais de cem anos depois de o gás cloro ter sido isolado pelo químico sueco Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), em 1774. Após seu isolamento, foi apenas em 1808 que o químico britânico Humphry Davy (1778-1829) demonstrou que o gás cloro era constituído apenas pelo elemento químico cloro, com base nos trabalhos do químico francês Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850). O uso contínuo de cloro no controle microbiológico de águas destinadas ao consumo pela população iniciou-se em 1902, na Bélgica. Já no Brasil, seu uso teve início em 1926.

A água também pode apresentar determinadas substâncias formadas no processo de decomposição de restos de plantas, como folhas. A reação do cloro adicionado na etapa de pré-cloração com essas substâncias pode gerar os trialometanos, citados anteriormente.

Na etapa seguinte ocorre a adição de cal hidratada, que se dissocia no meio aquoso:

Ca(OH)₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq)

seguida da adição de sulfato de alumínio, o qual também é dissociado nesse meio:

Al₂(SO₄)₃(s) ⇌ 2 Al³⁺(aq) + 3 SO₄²⁻(aq)

A presença desses íons livres em solução leva à formação de duas substâncias pouco solúveis, o sulfato de cálcio (CaSO₄) e o hidróxido de alumínio (Al(OH)₃).

A reação de precipitação que ocorre pode ser assim equacionada:

3 Ca(OH)₂(aq) + Al₂(SO₄)₃(aq) ⇌ 3 CaSO₄(s) + 2 Al(OH)₃(s)

Precipitado: fase sólida que se separa da solução, geralmente como resultado de uma reação química.

O precipitado de hidróxido de alumínio, de consistência gelatinosa, adere às impurezas sólidas presentes na água (etapa de floculação), de modo que se formam aglomerados, os quais, pela ação da gravidade, decantam e são então retirados da água tratada (etapa de decantação). Observe as imagens a seguir.

Mark Thiessen/National Geographic Creative

Floculação e decantação de impurezas sólidas presentes na água, promovidas pela presença de hidróxido de alumínio.

Nesse estágio, a água ainda não está completamente límpida. Por isso, é feita uma filtração, em que a água passa por um sistema de carvão ativado depositado sobre areia, que é depositada sobre cascalho. Esse é o último estágio da limpeza física da água. O carvão ativado age no odor e no sabor residuais, eliminando-os.

Ao conjunto de etapas de floculação, decantação e filtração é dado o nome de clarificação da água, processo que permite a obtenção da água límpida, mas que ainda precisa passar por uma etapa de desinfecção, a fim de ser assegurado seu consumo pela população. É então realizada mais uma etapa de cloração, com o objetivo de eliminar eventuais microrganismos ainda presentes na água.

A concentração do cloro e seus derivados deve ser controlada durante todo o processo. Após a desinfecção, o teor de cloro residual na água tratada deve ser cerca de 0,5 mg/L, sendo 0,2 mg/L o valor mínimo em qualquer ponto da rede de distribuição. O excesso de cloro também deve ser evitado, caso contrário a água vai apresentar um sabor característico indesejado.

Como uma etapa adicional, pode ser realizada ainda a fluoretação da água (ou seja, a adição de flúor), um meio econômico e eficaz no combate à cárie dental. O flúor, com frequência, é adicionado na forma de fluoreto por meio da substância hexafluorosilicato de sódio (Na₂SiF₆). Entretanto, há um limite para que o flúor esteja presente na água potável, conforme a tabela Valores máximos permitidos de algumas espécies químicas na água potável de acordo com a legislação brasileira, apresentada no início do tema. A concentração de íons fluoreto na água é geralmente cerca de 0,6 a 0,8 mg/L, em muitos municípios brasileiros, mas a fluoretação da água é determinada pelo clima e pela temperatura da região, os quais influenciam no consumo diário de água por uma pessoa. O consumo elevado de água fluoretada pode causar a fluorose, condição que será abordada no próximo tema.

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Questões para fechamento do tema

Responda em seu caderno

1 Com base na tabela Valores máximos permitidos de algumas espécies químicas na água potável de acordo com a legislação brasileira, pode-se afirmar que o limite permitido para o mercúrio é maior que o permitido para o DDT? Explique.

2 A análise de 10 litros de uma amostra de água doce de uma fonte revelou a presença total de 0,01 mg de benzeno, 0,2 mg de chumbo, 10 mg de fluoreto e 0,03 mg de mercúrio. Trata-se de uma amostra de água potável? Explique.

3 Sabendo que o teor máximo permitido de benzeno na água potável, por lei, é de 0,005 mg/L, copie o quadro abaixo em seu caderno e complete-o com os valores adequados, considerando amostras de água nas quais o teor de benzeno atingiu o limite máximo permitido.

Massa de benzeno	Volume de amostra de água
10 g	_____ L
_____ mg	10.000 mL
_____ g	12 m^3
0,2 g	_____ cm^3

4 Consulte a tabela Sintomas relacionados à contaminação por chumbo e calcule a massa (em miligramas) que deve estar presente em 6,0 L de sangue para que uma pessoa comece a apresentar anemia como resultado de uma intoxicação por chumbo.

5 De acordo com os valores de DL50 para os pesticidas DDT e paration, indicados no tema, pode-se atribuir maior toxicidade a algum deles, quando comparados? Explique.

6 Uma das etapas de tratamento da água envolve a floculação, com a formação de material insolúvel após a adição de determinadas substâncias à água, entre elas o sulfato de alumínio. Para identificar se um material formado em uma reação química em meio aquoso é solúvel ou insolúvel, pode-se utilizar uma tabela de solubilidade.

Misturando ao acaso qualquer uma das substâncias da coluna A com qualquer uma das substâncias da coluna B, indicadas na tabela a seguir, tem-se a formação de precipitado em apenas um desses sistemas (portanto, um sistema heterogêneo).

Coluna A	Coluna B
Iodeto de magnésio	Sulfato de potássio
Nitrato de sódio	Nitrato de chumbo(II)
Clorato de lítio	Acetato de amônio

De acordo com as informações da tabela de solubilidade fornecida a seguir, identifique o precipitado formado e represente essa reação por meio de uma equação química.

Solubilidade de alguns compostos iônicos em água
Compostos solúveis	Exceções*
Nitratos (NO3^−)	–
Cloratos (ClO3−)	–
Acetatos (CH3COO^−)	–
Cloretos (Cl^−) Brometos (Br^−) Iodetos (I^−)	Ag^+, Pb^2^+, Hg2^2+
Sulfatos (SO4^2−)	Ca^2+, Sr^2+, Ba^2+, Pb^2+, Hg2^2+ e Ag^+
Compostos insolúveis	Exceções
Sulfetos (S^2−)	Metais dos grupos 1 e 2 e amônio (NH4^+)
Carbonatos (CO3^2−) Fosfatos (PO4^3−) Cromatos (CrO4^2−) Oxalatos (C2O4^2−)	Metais do grupo 1 e amônio (NH4^+)
Hidróxidos (OH^−) e óxidos (O^2−)	Metais dos grupos 1 e 2 e amônio (NH4^+)

* PbCl₂ e Ag₂SO₄ são ligeiramente solúveis. Os hidróxidos de cálcio, estrôncio e magnésio são parcialmente solúveis.

Fonte: ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2006. p. 85.

7 Uma estudante de Química precisa distinguir entre duas soluções ácidas que estão sem identificação. Uma delas é de ácido clorídrico, a outra, de ácido sulfúrico. À sua disposição ela tem soluções aquosas de:
• hidróxido de sódio;
• ácido nítrico;
• nitrato de bário.

A adição de algumas gotas de apenas uma dessas três soluções a amostras das duas soluções em estudo permitirá reconhecer qual é qual. Qual das três soluções disponíveis deverá ser escolhida e por quê? Consulte a tabela de solubilidade fornecida na questão anterior.

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TEMA 2
As principais formas de expressar as concentrações dos solutos nas soluções

Conforme abordado no tema anterior, o controle da concentração de muitas espécies químicas é importante no tratamento da água e na avaliação da sua potabilidade. O Ministério da Saúde recomenda o teor máximo de 1,5 ppm (partes por milhão em massa) de fluoreto na água de abastecimento como concentração adequada para a prevenção de cáries. Além de íons, o teor de gases dissolvidos na água, como o oxigênio, também é um parâmetro que deve ser controlado. Na água destinada ao consumo humano, a concentração de gás oxigênio dissolvido não deve ser inferior a 6 mg/L. Neste tema será abordado como se pode determinar e expressar as concentrações de diferentes espécies químicas, particularmente aquelas presentes na água potável.

DR P. Marazzi/Science Photo Library/Latinstock

Na fluorose dentária ocorrem manchas no esmalte dos dentes, ocasionadas pelo consumo excessivo de íons fluoreto.

A concentração de gás oxigênio na água

Assim como a água potável é avaliada quanto à presença de íons, a concentração de gases dissolvidos nesse meio também é importante. O gás oxigênio, por exemplo, está distribuído na atmosfera terrestre aproximadamente na proporção de 21% (em volume); na água destinada ao consumo humano, após a etapa de desinfecção, a concentração de gás oxigênio dissolvido não deve ser inferior a 6 mg/L. A legislação brasileira, por meio da Resolução nº 357/05 do Conselho Nacional do Meio Ambiente, estabelece também a concentração mínima de gás oxigênio dissolvido a ser observada como condição de qualidade da água, seja ela doce, salobra ou salgada.

Atividade prática
Avaliando o teor de gás oxigênio dissolvido em amostras de água

Utilize avental durante toda a atividade. Se for recolher água de lago ou de rio, faça isso acompanhado de um adulto e utilize luvas e calçados adequados. Ao manipular a esponja de aço, use luvas adequadas para prevenir lesões nas mãos. Consulte o infográfico Segurança no laboratório antes de iniciar a atividade.

Uma das espécies químicas presentes na água que merece atenção é o gás oxigênio, pois a vida aquática depende diretamente de sua concentração, a qual não pode ser baixa demais – o que poderia até levar à completa extinção da vida. Como é possível determinar os valores de concentração de gás oxigênio dissolvido e verificar, por exemplo, se determinado local está ou não com problemas de oxigenação em suas águas? Além de ajudar a responder a essa pergunta, esta atividade proporcionará a compreensão de um dos fatores que afetam a quantidade de gás oxigênio dissolvido nas águas.
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Material

Três pedaços de esponja de aço (usada para lavar louça)

Três garrafas PET vazias de água mineral de 1,5 L

Três diferentes amostras de água (por exemplo, água aquecida do chuveiro ou de torneira elétrica, água em temperatura ambiente da torneira ou do bebedouro, água de um lago ou fonte)

Três etiquetas

Três filtros de papel

Uma bandeja retangular de alumínio (usada em culinária)

Forno doméstico

Balança com precisão de pelo menos 0,01 g

Funil

Procedimento

1 Obtenha a massa de três pedaços de esponja de aço (cerca de 1,5 g cada).

2 Em seguida, coloque cada amostra de esponja de aço em cada uma das garrafas PET.

3 Providencie três amostras de água, coletando-as individualmente nas três garrafas que contêm as amostras de esponjas de aço. A primeira garrafa pode ser preenchida completamente com água da torneira (de sua casa ou da escola). Tome cuidado para que o preenchimento não seja turbulento; para isso, coloque a garrafa levemente inclinada sob a torneira para que ela receba um fluxo de água de baixa turbulência. A segunda garrafa pode ser preenchida com a água de algum lago, rio, ou qualquer fonte natural à qual você tenha acesso. A terceira garrafa pode ser preenchida com água aquecida recolhida de um chuveiro ou solicitada a funcionários(as) da cozinha da escola. Cada garrafa deve receber uma indicação do local de coleta da água – utilize as etiquetas para isso. Lembre-se de que, em todas as coletas, deve-se evitar, na medida do possível, a turbulência da água no momento do preenchimento.

4 Após a coleta, deixe as garrafas abertas por 10 minutos. Em seguida, feche-as e deixe-as em repouso por cinco dias.

5 Passado esse período, e antes de manipular o conteúdo das garrafas, disponha três filtros de papel em uma bandeja de alumínio e peça a ajuda de funcionários(as) da cozinha da escola para o uso do forno: coloque a bandeja no forno e seque os filtros de papel por cerca de 1 hora, a 110 °C. Após esse período, deve-se aguardar até que os filtros estejam à temperatura ambiente para determinar a massa de cada um deles.

6 Obtenha a massa de cada um dos filtros de papel e anote seus respectivos valores.

7 Filtre os sistemas compostos de água e esponja de aço – agora com aspecto castanho (ferrugem) – usando os filtros de papel encaixados no funil. Durante a filtração, a água pode ser descartada em uma pia. Certifique-se de que todos os resíduos das esponjas de aço enferrujadas foram extraídos (use mais água para lavagem das garrafas, se necessário) e ficaram retidos no filtro.

8 Coloque os conjuntos (filtros de papel + sólidos filtrados) na bandeja de alumínio e peça auxílio para os(as) funcionários(as) da cozinha a fim de ser efetuada nova secagem do conjunto por mais uma hora, a 110 °C.

9 Aguarde até os conjuntos atingirem a temperatura ambiente e efetue a medição da massa dos três.

10 Determine, então, com base na diferença das massas iniciais (dos filtros de papel) e finais (dos conjuntos filtro de papel e ferrugem), a massa de ferrugem formada em cada um dos sistemas.

Fonte consultada: FERREIRA, L. H. et al. Determinação simples de oxigênio dissolvido em água. Química Nova na Escola, n. 19, maio 2004. Disponível em: