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![1º sem/2010 CRP 186
Química Tecnológica
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pH
pH
• Kw = 1,1 x 10-14
a 25ºC
• pH = -log[H+
]
• Logo:
• pH varia com T](https://image.slidesharecdn.com/aula2qtgua-250904215535-10281384/75/qualidade-_-e-_-tratamento-_de-_-AGUA-ppt-31-2048.jpg)
qualidade _ e _ tratamento _de _ ÁGUA.ppt
- 1. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 1 2 - ÁGUA 2 - ÁGUA 1. Propriedades Físicas e Química da água 2. Águas naturais, substâncias dissolvidas, água potável 3. Dureza da água e suas consequências 4. Acidez e alcalinidade – pH 5. Solubilidade de gases em água 6. Análise química e tratamento de água 7. Obtenção de água pura: destilação e resinas de troca iônica
- 2. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 2 APLICAÇÃO DA ÁGUA APLICAÇÃO DA ÁGUA • Uso abundante nas indústrias de processos químicos – Matéria-prima – Veículo / Meio reacional – Agente de uso indireto
- 3. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 3 ÁGUA NO MUNDO ÁGUA NO MUNDO
- 4. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 4 MOLÉCULA DE ÁGUA MOLÉCULA DE ÁGUA • Ângulo entre ligações: 104,5º • Ligações de hidrogênio geometria tetraédrica • Polar momento dipolar (µ) = q.d = 1,87D (debye) = 1,87x10-18 unidades eletrostáticas • Constante dielétrica alta isolamento de íons em solução • Distância (H-O) 0,96 Ângstrons • Hibridação sp3 do oxigênio 1s2 (2sp3)2 2(sp3)2 2(sp3)1 2(sp3)1 http://www.infoescola.com/bioquimica/agua-nos-seres-vivos/ http://www.infoescola.com/bioquimica/agua-nos-seres-vivos/
- 5. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 5 PROPRIEDADES DA ÁGUA PROPRIEDADES DA ÁGUA • FÍSICAS – Densidade – Viscosidade – Calor específico – Ponto de fusão – Ponto de ebulição – Sabor – Odor – ... • QUÍMICAS – Solubilidade – Dureza – Alcalinidade – Acidez – Turbidez – Tensão superficial – Cor – Substâncias dissolvidas – ...
- 6. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 6 DENSIDADE DENSIDADE Energia Cinética Arranjo cristalino http://www.giltonepedro.com.br/docs/artigo03_variacao_densidade.pdf QUÍMICA NOVA NA ESCOLA Água = H2O? N° 3, MAIO 1996
- 7. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 7 VISCOSIDADE VISCOSIDADE http://150.162.31.1/~minatti/aulas/qmc5409/exp_2_reologia_fluidos_nao_newtonianos.pdf
- 8. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 8 Tabela II.1. Densidades e viscosidades da água sob condições normais de temperatura e pressão Temperatura - (°C) Densidade absoluta - (kg/m3 )* Viscosidade dinâmica - (10-3 N.s/m2 ) Viscosidade cinemática - (10-6 m2 /s) Densidade relativa - 0 (gelo) 917,0 - - 0,9170 0(água) 999,8 1,781 1,785 0,9998 4 1000,0 1,558 1,558 1,0000 5 1000,0 1,518 1,519 1,0000 10 999,7 1,307 1,308 0,9997 15 999,1 1,139 1,140 0,9991 20 998,2 1,002 1,003 0,9982 25 997,0 0,890 0,893 0,9970 30 995,7 0,798 0,801 0,9967 40 992,2 0,653 0,658 0,9922 50 988,0 0,547 0,553 0,9880 60 983,2 0,466 0,474 0,9832 70 977,8 0,404 0,413 0,9788 80 971,8 0,354 0,364 0,9728 90 965,3 0,315 0,326 0,9653 100 958,4 0,282 0,294 0,9584
- 9. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 9 CALOR CALOR ESPECÍFICO ESPECÍFICO • Energia necessária para variar a temperatura em 1ºC para 1g de determinada substância. • Água regulador de temperatura da Terra Substância Calor Específico (cal/g.°C) água 1,0 álcool 0,6 alumínio 0,22 ar 0,24 carbono 0,12 chumbo 0,031 cobre 0,094 ferro 0,11 gelo 0,5 hélio 1,25 hidrogênio 3,4 latão 0,092 madeira 0,42 mercúrio 0,033 nitrogênio 0,25 ouro 0,032 oxigênio 0,22 prata 0,056 rochas 0,21 vidro 0,16 zinco 0,093
- 10. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 10 Solvente SOLUBILIDADE SOLUBILIDADE • Capacidade máxima de uma substância se dissolver num solvente, em condições especificadas • Processo de dissolução afinidade eletrônica Soluto Solvatação Solução
- 11. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 11 SOLVATAÇÃO SOLVATAÇÃO +
- 12. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 12 DISSOLUÇÃO DISSOLUÇÃO Processo espontâneo se: - Forças soluto-soluto baixa energia reticular - Forças soluto-solvente alta energia de solvatação (estabilidade) “Semelhante dissolve semelhante” - Solventes polares: dissolvem solutos iônicos e polares - Solventes apolares: dissolvem solutos apolares
- 13. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 13 DISSOLUÇÃO DISSOLUÇÃO http://150.162.31.1/~minatti/aulas/qmc5406/20071_qmc5406_solucoes_intro.pdf
- 14. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 14 EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE • Saturação – equilíbrio entre soluto e íons em solução concentrações dos íons constantes http://150.162.31.1/~minatti/aulas/qmc5406/20071_qmc5406_solucoes_intro.pdf
- 15. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 15 EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE http://150.162.31.1/~minatti/aulas/qmc5406/20071_qmc5406_solucoes_intro.pdf
- 16. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 16 CURVAS DE SOLUBILIDADE CURVAS DE SOLUBILIDADE
- 17. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 17 REGRAS DE SOLUBILIDADE REGRAS DE SOLUBILIDADE
- 18. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 18 DUREZA DUREZA • É a capacidade da água precipitar sabões • Concentração de íons Ca2+ e Mg2+ em água – expressa em mg CaCO3/L • Fonte de dureza passagem da água no solo calcáreo TRABALHANDO A QUÍMICA DOS SABÕES E DETERGENTES - Odone Gino Zago Neto e José Claudio Del Pino - UFRGS - IQ - Educação Química
- 19. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 19 CLASSIFICAÇÃO DA ÁGUA CLASSIFICAÇÃO DA ÁGUA QUANTO À DUREZA QUANTO À DUREZA Muito Mole 0-70 mg CaCO3/L Mole (branda) 70-135 mg CaCO3/L Média Dureza 135-200 mg CaCO3/L Dura 200-350 mg CaCO3/L Muito Dura > 350 mg CaCO3/L
- 20. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 20 CONSEQUÊNCIAS DA DUREZA CONSEQUÊNCIAS DA DUREZA • Precipitação de sabões • Indesejável fabricação de bebidas sabor • Água dura - Abrandamento de águas corrosivas inibidora de corrosão • Água dura Formação de depósitos e precipitados - incrustações
- 21. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 21 MECANISMO DA FORMAÇÃO MECANISMO DA FORMAÇÃO DE DEPÓSITOS DE DEPÓSITOS
- 22. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 22 DEPÓSITOS DEPÓSITOS http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/33 http://www.usp.br/agen/repgs/2002/imgs/277a.jpg
- 23. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 23 ALCALINIDADE ALCALINIDADE • Capacidade de reagir com ácido forte para atingir determinado pH • Expressa em mg CaCO3/L • Devida às concentrações de: – Carbonatos (CO3 2- ) – Bicarbonatos (HCO3 - ) – Hidróxidos (OH- )
- 24. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 24 FONTE DA ALCALINIDADE FONTE DA ALCALINIDADE • Solubilização carbonatos e bicarbonatos em água • Eutrofização remoção de CO2 da água pelo excesso de O2 (fotossíntese - algas) • Efluentes descargas industriais de processos com uso de NaOH ou CaO
- 25. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 25 IMPORTÂNCIA DA IMPORTÂNCIA DA ALCALINIDAE ALCALINIDAE • Sem riscos para a saúde pública • Altera o sabor da água prejudica processamento de bebidas • Padrão de potabilidade não tem determinado pelo pH • Controle do processo de floculação tratamento de água – Floculação por varredura formação de floculantes precipitados à base de OH-
- 26. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 26 CLASSIFICAÇÃO E CONTROLE CLASSIFICAÇÃO E CONTROLE ALCALINIDADE ALCALINIDADE • Classificação – Carbonatos – Bicarbonatos – Hidróxidos • Controle adição de substâncias neutralizadoras que abaixam o pH do meio
- 27. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 27 ACIDEZ ACIDEZ • Capacidade de reagir com base forte para atingir determinado pH • Expressa em mg CaCO3/L • Devido à presença de: – Ácidos fortes (HCl, H2SO4, HNO3, etc) – Ácidos fracos – orgânicos e inorgânicos – Sais ácidos – Al2(SO4)3, FeCl3, NH4Cl
- 28. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 28 FONTES DA ACIDEZ FONTES DA ACIDEZ • Gás carbônico • Efluentes industriais não neutralizados – Siderúrgicas e metalurgias ácidos para decapagem ácida – remoção de ferrugem – aplicação da galvanoplastia • Oxidação de sulfetos • Hidrólise de floculantes em ETAs
- 29. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 29 IMPORTÂNCIA DA ACIDEZ IMPORTÂNCIA DA ACIDEZ • Não possui padrão de potabilidade • Crucial nos estudos de corrosão • Processos de Tratamento – ETA/ETE – Componente “ácidos voláteis” • CO2 abrandamento de água no processo “cal e soda”
- 30. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 30 pH pH • Devido à auto-dissociação da água • Constante de equilíbrio • Concentração molar H2O – constante – 55,5 mol/L • Constante de equilíbrio compactada
- 31. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 31 pH pH • Kw = 1,1 x 10-14 a 25ºC • pH = -log[H+ ] • Logo: • pH varia com T
- 32. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 32 IMPORTÂNCIA DO pH IMPORTÂNCIA DO pH • Padrão de potabilidade 6,5 a 9,0 • Influência – equilíbrio dos processos químicos – eficiência de remoção de poluentes do tratamento de efluentes – eficiência da coagulação, floculação e desinfecção do tratamento de água
- 33. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 33 EXERCÍCIO EXERCÍCIO Calcule o pH das soluções dos seguintes ácidos e bases fortes: (a) HCl 0,1 M (b) NaOH 0,1 M (c) HNO3 3 x 10-5 M (d) HClO4 5 x 10-10 M (e) KOH 2 x 10-8 M.
- 34. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 34 SOLUBILIDADE DE GASES SOLUBILIDADE DE GASES EM ÁGUA EM ÁGUA • Troca de gases – ar x água interface • Equilíbrio (gás ↔ solução) – dependente da pressão parcial do gás e da temperatura do sistema bifásico
- 35. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 35 LEI DE HENRY LEI DE HENRY • Soluções idealmente diluídas – Soluto B: pressão de vapor α fração molar – Lei de Henry – pB pressão parcial de vapor – xB fração molar – KB constante da Lei de Henry
- 36. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 36 Constantes da Lei de Henry Constantes da Lei de Henry
- 37. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 37 Exercício Exercício • A concentração de O2 necessária para a vida aquática aeróbica é de 4,0 mg.L-1 . Qual a pressão parcial mínima de oxigênio na atmosfera para atingir esta concentração em água? • Lei de Henry • KO2 = • Pressão parcial O2 • Pressão parcial O2 ao nível do mar = 21 KPa • Logo, pressão pode ser atingida para 4,0 mg O2.L-1
- 38. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 38 Exercício Exercício • Qual a pressão parcial do metano necessária para dissolver 21 mg de metano em 100g de benzeno a 250 C? • (KB = 5,69 x 104 KPa)
- 39. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 39 IMPORTÂNCIA DA SOLUBILIDADE IMPORTÂNCIA DA SOLUBILIDADE DE GASES EM ÁGUA DE GASES EM ÁGUA • Controle de ETEs eficiência de remoção de poluentes
- 40. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 40 IMPORTÂNCIA DA SOLUBILIDADE IMPORTÂNCIA DA SOLUBILIDADE DE GASES EM ÁGUA DE GASES EM ÁGUA • Indicador de processos de eutrofização • Controle de processos anaeróbios • Oxigênio dissolvido em água: – Indicador de autodepuração dos corpos d’água – Relevante na classificação de águas naturais – Indicador da matéria orgânica biodegradável DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio)
- 41. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 41 TRATAMENTO DE ÁGUA TRATAMENTO DE ÁGUA • Tratamento de água convencional
- 42. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 42 ETAPAS ETAPAS TRATAMENTO DE ÁGUA TRATAMENTO DE ÁGUA • Captação retirada da água bruta do corpo d’água por bombeamento • Floculação dosagem de um coagulante na água bruta recebe aglutinação de impurezas flocos • Decantação separação do precipitado – flocos por gravidade • Filtração remoção das impurezas precipitadas • Desinfecção eliminação dos microorganismos patogênicos - adição de um agente desinfetante, normalmente cloro e derivados. • Fluoretação adição de flúor prevenção cárie dentária • Correção pH adição de cal ou barrilha leve
- 43. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 43 DESTILAÇÃO DESTILAÇÃO
- 44. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 44 DESTILAÇÃO DESTILAÇÃO • Eficiência de purificação: 99,9% • Alto consumo de energia: ~ 1 kW/L • Alto consumo de água: ~ 30 L/L • Resistividade: 1 MΩ/cm • Não elimina CO2, amônia, VOCs • Processo lento: ~ 5 L/h
- 45. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 45 DEIONIZAÇÃO DEIONIZAÇÃO • Remoção de íons por troca iônica • Resinas troca entre íons solução x resinas – Resinas aniônicas – Resinas catiônicas
- 46. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 46 FUNCIONAMENTO FUNCIONAMENTO Trocadores iônicos matrizes sólidas com sítios ativos. http://www.dema.puc-rio.br/cursos/OUTecAmb/Troca_Ionica.ppt#259,11,Funcionamento 2R- -Na+ + Ca+2 (aq) (R2)-Ca + 2Na+ (aq)
- 47. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 47 MATRIZ POLI MÉTRICA MATRIZ POLI MÉTRICA (Resina Catiônica) (Resina Catiônica) http://www.dema.puc-rio.br/cursos/OUTecAmb/Troca_Ionica.ppt#319,12,Matriz poli métrica (Resina Catiônica)
- 48. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 48 APLICAÇÕES APLICAÇÕES • Tratamento de águas • Resíduos nucleares • Indústria Alimentícia • Indústria Farmacêutica • Agricultura • Hidro metalúrgica
- 49. 1º sem/2010 CRP186 Química Tecnológica 49 a b c COLUNA INDUSTRIAL DE TROCA IÔNICA a) Distribuidor; b)Resina; c)Coletor http://www.dema.puc-rio.br/cursos/OUTecAmb/Troca_Ionica.ppt#310,19,Slide 19